DE102012206919A1 - Clinchverfahren und Werkzeug zu dessen Durchführung - Google Patents

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    • B21D39/00Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
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    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces

Abstract

Eine erste Schicht wird auf einer zweiten Schicht eingerichtet und eine Induktionsspule wird in Induktionsnähe zu der zweiten Schicht angeordnet. Die Induktionsspule wird unter Strom gesetzt und erwärmt dadurch die zweite Schicht auf eine Zieltemperatur. Eine Matrize mit einem Matrizenhohlraum wird aus einer ersten Stellung, in welcher sie sich im Wesentlichen außerhalb einer Reichweite der von der Induktionsspule ausgehenden Induktionserwärmung befindet, in eine Klemmstellung benachbart zu der zweiten Schichtverschoben, so dass die Induktionsspule eine vorbestimmte Stelle an einer Außenfläche der Matrize umgibt. Beim Verschieben der Matrize in die Klemmstellung wird die Matrize durch Induktion zwischen der Induktionsspule und der Matrize so lange erwärmt, bis die Matrize eine vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht. Die Induktionsspule wird stromlos geschaltet, nachdem die Matrize die vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht hat. Die erste und die zweite Schicht werden zwischen einem Niederhalter und der Matrize festgeklemmt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Clinchverfahren und ein Werkzeug zu dessen Durchführung.
  • HINTERGRUND
  • Materialien können unter Verwendung zahlreicher verschiedener Verfahren, einschließlich jener des temperierten Clinchens mit Vorerwärmung und des Reibrührpunktschweißens, zusammengefügt werden. Techniken des temperierten Clinchens mit Vorerwärmung führen vielfach zu einer Wärmeausdehnung der Materialien, während es beim Reibrührpunktschweißen oft zur Ausbildung einer spröden Phase kommt, wenn unterschiedliche Materialien (z. B. Aluminium und Magnesium) zusammengefügt werden. Gemäß einer Art des temperierten Clinchens mit Vorerwärmung werden, nachdem Stempel und/oder Matrize kontinuierlich erwärmt worden sind, die Bleche in die Matrize gelegt, wo die Wärme der vorerwärmten Werkzeuge auf sie übergeht. Wenn die Bleche eine bestimmte Solltemperatur erreichen, wird der Stempel vorgeschoben, um die Clinchverbindung in der Matrize zu bilden. Beim Reibrührpunktschweißen kommt es oft zur Ausbildung einer spröden Phase, wenn unterschiedliche Materialien (z. B. Aluminium und Magnesium) zusammengefügt werden. Andere Clinchverfahren können das präzise Ausrichten des Clinchwerkzeugs mit bestimmten Merkmalen des zu clinchenden Materials erfordern und/oder können zu einer Spalt- oder Rissbildung an dem Knopf der Clinchverbindung führen.
  • KURZFASSUNG
  • Ein Verfahren zum Clinchen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht umfasst, dass eine erste Schicht auf einer zweiten Schicht eingerichtet wird und dass eine Induktionsspule in Induktionsnähe zu der zweiten Schicht angeordnet wird. Die Induktionsspule wird unter Strom gesetzt und erwärmt dadurch die zweite Schicht. Eine Matrize mit einem Matrizenhohlraum wird aus einer ersten Stellung, in welcher sie sich im Wesentlichen außerhalb einer Reichweite der von der Induktionsspule ausgehenden Induktionserwärmung befindet, in eine Klemmstellung benachbart zu der zweiten Schicht verschoben, so dass die Induktionsspule eine vorbestimmte Stelle an einer Außenfläche der Matrize umgibt. Beim Verschieben der Matrize in die Klemmstellung wird die Matrize durch Induktion zwischen der Induktionsspule und der Matrize so lange erwärmt, bis die Matrize eine vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht. Die Induktionsspule wird stromlos geschaltet, nachdem die Matrize die vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht hat. Die erste und die zweite Schicht werden zwischen einem Niederhalter und der Matrize festgeklemmt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung erschließen sich durch Bezugnahme auf die nachfolgende, detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen ähnlichen, jedoch nicht unbedingt identischen Bauteilen entsprechen. Bezugszahlen oder Merkmale mit einer bereits zuvor beschriebenen Funktion können, müssen jedoch der Kürze halber nicht in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen sie aufscheinen, beschrieben sein.
  • 1 ist eine halb-schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Clinchwerkzeugs mit einer Induktionsspule, in welcher eine erste und eine zweite Schicht abgebildet sind, mit denen das Clinchwerkzeug beschickt ist;
  • 2 ist eine halb-schematische Querschnittsansicht des in 1 abgebildeten Beispiels, in welcher die Induktionsspule beim Erwärmen der zweiten Schicht gezeigt ist;
  • 3 ist eine halb-schematische Querschnittsansicht des in 1 und 2 abgebildeten Beispiels, in welcher die Induktionsspule beim Erwärmen der Matrize gezeigt ist;
  • 4 ist eine halb-schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Clinchwerkzeugs, das einen Druck in eine erste Schicht hinein ausübt, wodurch eine Vertiefung in der ersten Schicht und der zweiten Schicht gebildet wird;
  • 5 ist eine halb-schematische Querschnittsansicht des Beispiels in 4, in welcher abgebildet ist, wie ein Abschnitt der zweiten Schicht im Wesentlichen die ringförmige Ausnehmung mit Extrudat auffüllt, während zugleich ein Abschnitt der ersten Schicht radial in ein zuvor von der zweiten Schicht eingenommenes ringförmiges Volumen hinein extrudiert wird; und
  • 6 ist eine halb-schematische Querschnittsansicht eines Beispiels einer ineinandergreifenden Zusammensetzung der ersten und der zweiten Schicht nach deren Entnahme aus dem in 15 abgebildeten beispielhaften Clinchwerkzeug.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Beispiele des hier offenbarten Verfahrens ermöglichen in vorteilhafter Weise die Bildung einer Überlappverbindung zwischen Materialschichten. Das Verfahren erlaubt es beispielsweise, überlappende Materialschichten durch Clinchen miteinander zu verbinden. Bei den zusammenzufügenden Schichten kann es sich um ähnliche Materialien oder um unterschiedliche Materialien handeln. In einem Beispiel kann unter Verwendung eines offenbarten, beispielhaften Clinchverfahrens ein Aluminiumlegierungsblech mit einem Magnesiumlegierungsblech zusammengefügt werden.
  • Weiterhin umfassen Beispiele der vorliegenden Offenbarung ein Clinchverfahren sowie ein bei dem Clinchverfahren zum Einsatz kommendes Werkzeug. Das Werkzeug verwendet dieselbe Induktionserwärmungsspule, um die zweite Schicht und anschließend, nachdem das Clinchwerkzeug mit den Schichten beschickt worden ist, die Matrize induktiv zu erwärmen. Es wird davon ausgegangen, dass die Anordnung der Induktionserwärmungsspule in dem Clinchwerkzeug gemeinsam mit der Positionssteuerung der Matrize im Vergleich zum Clinchen mit Widerstandserwärmung oder Konduktionserwärmung eine reduzierte Gesamtzykluszeit ergibt. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass sich – verglichen mit der Gleichförmigkeit der Erwärmung, die sich erzielen ließe, wenn die zweite Schicht und die Matrize gleichzeitig induktiv erwärmt würden – durch das offenbarte Verfahren und Werkzeug eine gleichförmigere Erwärmung der zweiten Schicht und der Matrize erzielen lässt. Es wird außerdem davon ausgegangen, dass durch das offenbarte Verfahren und Werkzeug ein Überhitzen der Matrize vermieden wird, wodurch die Lebensdauer der Matrize verlängert wird.
  • In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, kann in einem Beispiel des offenbarten Clinchverfahrens eine erste Schicht 20 aus einem ersten Material 26 gebildet sein und kann eine zweite Schicht 30 aus einem zweiten Material 36 gebildet sein, das sich von dem ersten Material 26 unterscheidet. In anderen Beispielen können die Schichten 20, 30 aus demselben oder im Wesentlichen demselben Material gebildet sein. Es versteht sich, dass Materialien im Wesentlichen gleich sind, wenn sie dasselbe Basislegierungsmaterial umfassen. In einem Beispiel kann das erste Material 26 aus den Stoffen Aluminium, Aluminiumlegierungen und Weichstahl ausgewählt sein (geeignete Weichstahlsorten sind z. B. SAE 1008 und SAE 1010 in geglühtem Zustand). In manchen Beispielen kann das zweite Material 36 aus den Stoffen Magnesium, Magnesiumlegierungen und Titanlegierungen ausgewählt sein. In weiteren Beispielen können das erste Material 26 und das zweite Material 36 jeweils aus demselben Stoff ausgewählt sein.
  • Das Verfahren umfasst weiterhin, dass die erste Schicht 20 auf der zweiten Schicht 30 in einem Stapel 48 eingerichtet wird. Es versteht sich, dass die Beschickung eines Clinchwerkzeugs 10 mit der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 30 gemeinsam durchgeführt werden kann oder dass die Beschickung des Clinchwerkzeugs 10 durch die erste Schicht 20 und die zweite Schicht 30 getrennt (z. B. eine Schicht nach der anderen) erfolgen kann.
  • Ein Beispiel des Clinchwerkzeugs 10 umfasst einen zurückziehbaren Stempel 60 und eine Clinchmatrize 50. Die Clinchmatrize 50 umfasst einen in der Clinchmatrize 50 definierten Matrizenhohlraum 52. Der Matrizenhohlraum 52 weist eine Öffnung 56 und eine dem Stempel 60 gegenüberliegende Gegendruckfläche 58 auf. Der Matrizenhohlraum 52 umfasst weiterhin eine ringförmige Ausnehmung 54 mit einem Außendurchmesser 84, der im Wesentlichen gleich einem größten Durchmesser 83 des Matrizenhohlraums 52 ist. Es versteht sich, dass der hier verwendete Begriff im Wesentlichen gleich” bedeutet, dass die Abmessungen exakt gleich sind oder dass sie sich um weniger als ungefähr 5 Prozent des größeren Durchmessers voneinander unterscheiden. Die Ausnehmung 54 umgibt die Gegendruckfläche 58 und erstreckt sich in axialer Richtung tiefer als die Gegendruckfläche 58 in die Clinchmatrize 50 hinein. Eine Auflagefläche 62 begrenzt die Öffnung 56 und ist so ausgelegt, dass sie die erste Schicht 20, welche die zweite Schicht 30 überlappt, aufnimmt.
  • Die Matrize 50 kann aus Stahllegierungen oder hitzebeständigeren Legierungen gebildet sein. Beispielsweise kann die Matrize 50 aus Molybdänbasislegierungen wie etwa TZM oder aus Nickelbasislegierungen wie etwa der Familie der unter der Bezeichnung INCONEL® bekannten austenitischen Nickel-Chrombasis-Superlegierungen gebildet sein. (INCONEL® ist eine eingetragene Marke der Firma Special Metals Corporation.) Angesichts der niedrigeren maximalen Matrizentemperaturen, denen die Matrize 50 der gegenwärtigen Offenbarung unterworfen ist, kann die Matrize 50 auch aus weniger teuren Legierungen als den weiter oben erwähnten gebildet sein. Die Matrize 50 kann beispielsweise aus Werkzeugstahlsorten, einschließlich z. B. H13 und P20, gebildet sein. Das Clinchwerkzeug 10 kann weiterhin einen Niederhalter 90 mit einer darin definierten Öffnung 92 umfassen, der so ausgelegt ist, dass er die erste Schicht 20, welche die zweite Schicht 30 überlappt, gegen die Auflagefläche 62 klemmt, während der Stempel 60 zu der Matrize 50 hin vorgeschoben wird und während der Stempel 60 zurückgezogen wird.
  • Das Clinchwerkzeug 10 umfasst eine Induktionsspule 40, die in Induktionsnähe zu der zweiten Schicht 30 angeordnet ist. Es versteht sich, dass sich ”Induktionsnähe” auf eine Distanz zwischen einem Werkstück und der Induktionsspule 40 bezieht, die klein genug ist, um eine wirksame Induktionserwärmung des Werkstücks durch die Induktionsspule 40 zu erlauben. Es versteht sich, dass sich ”Werkstück” auf ein zu erwärmendes Stück, z. B. die zweite Schicht 30 oder die Matrize 50, bezieht. Die mit dem Begriff Induktionsnähe verbundene Distanz ist somit zumindest teilweise von dem Werkstückmaterial und von der Induktionsleistung der Induktionsspule 40 abhängig. So befände sich etwa, um nur ein Beispiel zu nennen, ein 1 mm dickes Mg-Legierungsblech, das in einem Abstand von zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 5 mm zu einer 5 kW-Induktionsspule angeordnet ist, innerhalb der Induktionsnähe. Dazu korrelierend, würde das 1 mm dicke Mg-Legierungsblech in dem Beispiel, wäre es in einem Abstand von ungefähr 20 mm oder mehr zu der 5 kW-Induktionsspule angeordnet, keine nennenswerte induktive Erwärmung erfahren. Die Induktionsspule 40 kann eine Spulenöffnung 41 aufweisen, die so bemessen ist, dass sie die Clinchmatrize 50 umgrenzt. Die Induktionsspule 40 ist, wie in 16 gezeigt, in dem Clinchwerkzeug 10 an der Matrizenseite 44 des Stapels 48 angeordnet. Es versteht sich, dass mit ”Matrizenseite” 44 die räumliche Anordnung auf derselben Seite des Stapels 48 wie die Matrize 50 gemeint ist. Die Matrizenseite 44 ist der Stempelseite 45 entgegengesetzt angeordnet (wobei mit letzterer die räumliche Anordnung auf derselben Seite des Stapels 48 wie der Stempel 60 gemeint ist).
  • In 2, auf welche nun Bezug genommen wird, umfasst ein Beispiel des Verfahrens, dass die Induktionsspule 40 unter Strom gesetzt wird, wodurch die zweite Schicht 30 erwärmt wird. Das Erwärmen wird in 2 durch die Bezugszahl 38 gekennzeichnet; es versteht sich jedoch, dass die Erwärmung durch Induktion und nicht durch Strahlung erfolgt. In einem Beispiel definiert die Induktionsspule im Wesentlichen einen Zylinder. Die hier verwendete Ausdrucksweise ”definiert (...) im Wesentlichen einen Zylinder” bedeutet, dass die Spule eine genaue Zylinderform aufweisen kann oder in einem geringen Ausmaß, z. B. um 10 Prozent der größten Abmessung, von einer genauen Zylinderform abweichen kann. Die Induktionsspule 40 kann durch eine elektrische Stromquelle (nicht gezeigt), die über elektrisch leitende Drähte (nicht gezeigt) mit der Induktionsspule 40 verbunden ist, unter Strom gesetzt werden. Die zweite Schicht 30 lässt sich innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls auf eine Zieltemperatur erwärmen. In einem Beispiel kann eine zweite Schicht 30 aus Magnesiumlegierung in etwa 5 Sekunden auf ungefähr 250°C erwärmt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Zieltemperatur von ungefähr 250°C bis ungefähr 350°C betragen. In anderen Beispielen kann die Zieltemperatur in Verbindung mit anderen Materialien eine Temperatur von ungefähr 300°C bis ungefähr 500°C betragen.
  • Es versteht sich, dass die Zieltemperatur für eine bestimmte Dicke eines bestimmten Materials jene Temperatur ist, bei welcher das Material eine ausreichend reduzierte Fließgrenze und eine ausreichend erhöhte Duktilität aufweist. Eine ausreichend reduzierte Fließgrenze und eine ausreichend erhöhte Duktilität können mit der gegenwärtig in dem Clinchwerkzeug 10 enthaltenen Apparatur empirisch bestimmt werden. Die Kombination von Prozessparametern, mit denen eine akzeptable Clinchverbindung herstellbar ist, lassen sich durch systematisches Variieren der Induktionsleistung, der Aufwärmzeit der zweiten Schicht 30 und der Aufwärmzeit der Matrize 50 bestimmen. Alternativ dazu könnten Zugversuche an Probestücken des zweiten Materials 36 bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden. Aus den Zugversuchen lässt sich die Temperatur bestimmen, bei welcher die Festigkeit des Probestücks in ausreichendem Maß abnimmt (und die Duktilität in ausreichendem Maß zunimmt), um einen gewünschten Grad an Formbarkeit zu erlauben. Als weitere Alternative können unter Umständen für das besondere Material veröffentlichte Daten existieren. Die Erwärmung der zweiten Schicht 30 durch die Induktionsspule 40 kann in einem geschlossenen Regelkreis unter Erfassung der Temperatur der zweiten Schicht 30 erfolgen. Alternativ dazu kann die Zeit bis zum Erreichen der Zieltemperatur empirisch festgestellt werden und es kann daher eine Prozess-Zeitsteuerung zum Einsatz kommen, um die Temperatur der zweiten Schicht 40 in Form eines offenen Regelkreises zu steuern.
  • Da die erste Schicht 20 mit der zweiten Schicht 30 in Kontakt steht, kann die erste Schicht 20 durch Konduktionserwärmung von der zweiten Schicht 30 aus erwärmt werden. Da jedoch die Temperaturänderung der zweiten Schicht 30 auf rasche Weise durch Induktion erfolgt, wird die erste Schicht 20 dabei nicht nennenswert erwärmt. Der Ausdruck ”nicht nennenswert erwärmt” bedeutet, dass die Festigkeit und die Duktilität der ersten Schicht 20 nicht nennenswert verändert werden. In einem Beispiel, in welchem die zweite Schicht 30 auf 300°C erwärmt wird, würde die erste Schicht auf einer Temperatur von unter ungefähr 100°C bleiben.
  • Wie in 3 abgebildet, wird die Matrize 50, nachdem die zweite Schicht 30 die Zieltemperatur erreicht hat, aus einer ersten Stellung 78, in welcher sie sich im Wesentlichen außerhalb einer Reichweite 86 der von der Induktionsspule 40 ausgehenden Induktionserwärmung (siehe 2) befindet, in eine Klemmstellung 80 benachbart zu der zweiten Schicht 30 verschoben, so dass die Induktionsspule 40 eine vorbestimmte Stelle 66 an einer Außenfläche 68 der Matrize 50 umgibt. Das Beispiel des Verfahrens umfasst weiterhin, dass beim Verschieben der Matrize 50 in die Klemmstellung 80 die Matrize durch Induktion zwischen der Induktionsspule 40 und der Matrize 50 so lange erwärmt wird, bis die Matrize eine vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht.
  • Das Erwärmen wird in 3 durch die Bezugszahl 46 gekennzeichnet; es versteht sich jedoch, dass die Erwärmung durch Induktion und nicht durch Strahlung erfolgt. Nachdem die Matrize 50 die vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht hat, wird die Induktionsspule 40 stromlos geschaltet, um ein Überhitzen der Matrize 50 zu vermeiden. ”Stromlos geschaltet” bedeutet, dass der elektrische Strom, welcher von der elektrischen Stromquelle an die Induktionsspule 40 bereitgestellt wird, reduziert wird (z. B. verglichen mit dem elektrischen Strom, der zum Erwärmen der Matrize 50 von einer niedrigeren Temperatur auf die vorbestimmte Matrizentemperatur bereitgestellt wird). Die Bedeutung des hier verwendeten Ausdrucks ”stromlos schalten” umfasst, dass der elektrische Strom auf null reduziert wird oder dass der elektrische Strom dergestalt reduziert wird, dass die Matrize mit einer langsameren Geschwindigkeit abkühlt oder dass die Matrizentemperatur ungefähr auf der vorbestimmten Matrizentemperatur gehalten wird. Es versteht sich, dass die vorbestimmte Matrizentemperatur höher als die Zieltemperatur der zweiten Schicht 30 sein kann. In einem Beispiel kann die Matrize 50 auf ungefähr 100°C über die Zieltemperatur der zweiten Schicht 30 erwärmt werden. In einem anderen Beispiel kann die vorbestimmte Matrizentemperatur von ungefähr 250°C bis ungefähr 350°C betragen. In weiteren Beispielen kann die vorbestimmte Matrizentemperatur von ungefähr 300°C bis ungefähr 500°C betragen.
  • Ohne Festlegung auf irgendeine Lehre wird davon ausgegangen, dass nachdem die Schichten 20, 30 zusammengeklemmt worden sind, Wärme von der zweiten Schicht 30 auf die erste Schicht 20 übergeht. Die Energie, welche an die erste Schicht 20 verloren geht, kann durch Wärme aus der Matrize 50 kompensiert werden. Die Wärmemenge, welche von der zweiten Schicht 30 auf die erste Schicht 20 übergeht, ist von der Dicke der beiden Schichten 20, 30, ihren thermischen Eigenschaften sowie von der Dauer und dem Anpressdruck der Stempel/Matrizen-Klemmung abhängig. Diese Faktoren bestimmen ihrerseits, wie viel Wärme/Temperatur von der Matrize 50 dazu verwendet wird, die zweite Schicht 30 auf ungefähr der Zieltemperatur zu halten.
  • Es versteht sich, dass wenn die Matrize 50 (wie in 3 gezeigt) ihre Position innerhalb der Induktionsspule 40 einnimmt, dies bewirkt, dass sich die Induktionserwärmung von der zweiten Schicht 30 zu der Matrize 50 hin verlagert. Die Induktionsspule 40 ist somit dergestalt ausgelegt, dass sie die Induktionswärme selektiv in axialer oder in radialer Richtung abgibt. Ohne Festlegung auf irgendeine Lehre wird davon ausgegangen, dass die magnetischen Eigenschaften der Matrize 50 bewirken, dass die Matrize 50 einen Magnetkreis von wesentlich geringerem magnetischem Widerstand herstellt, als ein Magnetkreis durch die zweite Schicht 30, wodurch bewirkt wird, dass sich der größte Teil der induktiven Erwärmungsenergie zu der Matrize 50 hin verlagert. Ein und dieselbe Induktionsspule 40 wird somit dazu verwendet, der Reihe nach gleichermaßen die zweite Schicht 30 und die Matrize 50 zu erwärmen. Es versteht sich, dass durch Steuern der Abstände zwischen der Induktionsspule 40, der zweiten Schicht 30 und der Matrize 50 die Induktionsspule 50 Wärme durch Induktion in wählbaren Mengenverhältnissen gleichzeitig in axialer und in radialer Richtung abgeben kann. Wenn sich die Matrize beispielsweise in der in 3 gezeigten Klemmstellung 80 befindet, können ungefähr 90 Prozent der Induktionsleistung auf die Matrize 50 aufgewendet werden und können 10 Prozent auf die zweite Schicht 30 aufgewendet werden. Es wird hier somit eine exklusive Kombination aus selektiv erfolgender, axialer oder radialer Induktionswärmeeinwirkung offenbart, sowie auch Kombinationen, welche nicht exklusiv sind und zwar in Mengenverhältnissen von ungefähr 0 Prozent bis ungefähr 30 Prozent an axial gerichteter Induktionserwärmung. Wenn sich die Matrize 50 kontinuierlich im Inneren der Induktionsspule 40 befände (d. h. wenn sie nicht aus einer ersten Stellung 78, in welcher sie sich im Wesentlichen außerhalb einer Reichweite 86 der von der Induktionsspule 40 ausgehenden Induktionserwärmung befindet, verschoben würde), könnte es zu einer Überhitzung der Matrize 50 und zu einer unzureichenden Erwärmung der Schicht 30 kommen.
  • In 4, auf welche nun Bezug genommen wird, werden die erste und zweite Schicht 20, 30 zwischen einem zurückziehbaren Stempel 60 und der Clinchmatrize 50 befestigt. Der Stempel 60 wird in die erste Schicht 20 eingedrückt, wodurch eine Vertiefung 22 in der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 30 gebildet wird.
  • Wie in 5 abgebildet, umfasst ein Beispiel des Verfahrens weiterhin, dass die erste Schicht 20 und die zweite Schicht 30 zwischen dem Stempel 60 und der Clinchmatrize 50 zusammengedrückt werden, wodurch eine Kompression der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 30 zwischen dem Stempel 60 und der Matrize 50 erfolgt. Die Kompression der Schichten 20, 30 bewirkt, dass ein Abschnitt 32 der zweiten Schicht 30 in die ringförmige Ausnehmung 54 hinein extrudiert wird und bewirkt zugleich, dass ein Abschnitt 24 der ersten Schicht 20 radial in ein zuvor von der zweiten Schicht 30 eingenommenes ringförmiges Volumen 34 hinein extrudiert wird, um eine ineinandergreifende Zusammensetzung 70 der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 30 zu bilden. Durch die gleichzeitig erfolgenden Extrusionen wird (wie beispielsweise in 5 und 6 gezeigt) eine ineinandergreifende Zusammensetzung 70 der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 30 gebildet. Es versteht sich, dass der hier verwendete Begriff ”im Wesentlichen (...) auffüllt” bedeutet, dass ein Mengenanteil von ungefähr 50 Prozent des Volumens und bis zu ungefähr 100 Prozent des Volumens aufgefüllt wird. Wie in 6 gezeigt, kann das Verfahren weiterhin umfassen, dass der Stempel 60 aus der ineinandergreifenden Zusammensetzung 70 entnommen wird und dass die ineinandergreifende Zusammensetzung 70 aus dem Matrizenhohlraum 52 entnommen wird.
  • Es versteht sich, dass die hier angeführten Bereiche den jeweils angegebenen Bereich sowie jeden beliebigen Wert oder Teilbereich innerhalb des angegebenen Bereichs umfassen. Beispielsweise ist ein Bereich von ungefähr 250°C bis ungefähr 300°C so zu interpretieren, dass er nicht nur die explizit angeführten Grenzen von ungefähr 250°C bis ungefähr 300°C umfasst, sondern auch einzelne Werte, wie etwa 250°C, 260°C, 265°C, 290°C usw., sowie Teilbereiche, wie etwa von ungefähr 250°C bis ungefähr 265°C, von ungefähr 260°C bis ungefähr 290°C usw. Wenn darüber hinaus ”ungefähr” verwendet wird, um einen Wert zu beschreiben, so bedeutet dies, dass geringfügige Abweichungen (von bis zu +/–10%) von dem angegebenen Wert darin inbegriffen sind.
  • Es sind hier zwar verschiedene Beispiele im Detail beschrieben worden, für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die offenbarten Beispiele auch Abänderungen erfahren können. Die vorangehende Beschreibung ist daher als nicht einschränkend zu betrachten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • SAE 1008 [0013]
    • SAE 1010 [0013]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Clinchen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, welches umfasst, dass die erste Schicht auf der zweiten Schicht eingerichtet wird; eine Induktionsspule in Induktionsnähe zu der zweiten Schicht angeordnet wird; die Induktionsspule unter Strom gesetzt wird und dadurch die zweite Schicht auf eine Zieltemperatur erwärmt wird; eine Matrize mit einem Matrizenhohlraum aus einer ersten Stellung, in welcher sie sich im Wesentlichen außerhalb einer Reichweite der von der Induktionsspule ausgehenden Induktionserwärmung befindet, in eine Klemmstellung benachbart zu der zweiten Schicht verschoben wird, so dass die Induktionsspule eine vorbestimmte Stelle an einer Außenfläche der Matrize umgibt; beim Verschieben der Matrize in die Klemmstellung und bis die Matrize eine vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht, die Matrize durch Induktion zwischen der Induktionsspule und der Matrize erwärmt wird; die Induktionsspule stromlos geschaltet wird, nachdem die Matrize die vorbestimmte Matrizentemperatur erreicht hat; und die erste und die zweite Schicht zwischen einem Niederhalter und der Matrize festgeklemmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin umfasst, dass: ein zurückziehbarer Stempel durch eine in dem Niederhalter definierte Öffnung hindurch in die erste Schicht eingedrückt wird, wodurch eine Vertiefung in der ersten Schicht und der zweiten Schicht gebildet wird; die erste Schicht und die zweite Schicht zwischen dem Stempel und der Clinchmatrize zusammengedrückt werden; ein Abschnitt der zweiten Schicht radial in eine ringförmige Ausnehmung hinein extrudiert wird, die in der Matrize benachbart zu dem Matrizenhohlraum und konzentrisch mit dem Matrizenhohlraum definiert ist, während zugleich ein Abschnitt der ersten Schicht radial in ein zuvor von der zweiten Schicht eingenommenes ringförmiges Volumen hinein extrudiert wird, wodurch eine ineinandergreifende Zusammensetzung der ersten Schicht und der zweiten Schicht gebildet wird; der Stempel aus der ineinandergreifenden Zusammensetzung entnommen wird; die ineinandergreifende Zusammensetzung aus dem Matrizenhohlraum entnommen wird; und die Matrize in die erste Stellung verschoben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Induktionsspule im Wesentlichen einen Zylinder definiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Matrize im Wesentlichen aus Werkzeugstahl gebildet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei: die Induktionsspule Induktionswärme selektiv in axialer oder in radialer Richtung abgibt; oder die Induktionsspule Induktionswärme gleichzeitig in axialer und in radialer Richtung in wählbaren Mengenverhältnissen abgibt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Matrizentemperatur zwischen ungefähr 300 Grad C und ungefähr 500 Grad C beträgt und die Zieltemperatur zwischen ungefähr 250 Grad C und ungefähr 350 Grad C beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Induktionsnähe zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 5 mm beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht aus einem ersten Material gebildet ist und die zweite Schicht aus einem zweiten Material gebildet ist, das sich von dem ersten Material unterscheidet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem ersten Material um Aluminium oder Aluminiumlegierungen handelt und es sich bei dem zweiten Material um Magnesium oder Magnesiumlegierungen handelt.
  10. Clinchwerkzeug, welches umfasst: einen zurückziehbaren Stempel; eine Clinchmatrize, welche umfasst: einen in der Clinchmatrize definierten Matrizenhohlraum, wobei der Matrizenhohlraum Folgendes umfasst: eine Öffnung, eine dem Stempel gegenüberliegende Gegendruckfläche, eine ringförmige Ausnehmung mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser der Öffnung ist, wobei die Ausnehmung die Gegendruckfläche umgibt und sich in axialer Richtung tiefer als die Gegendruckfläche in die Clinchmatrize hinein erstreckt; und eine Auflagefläche, welche die Öffnung begrenzt, wobei die Auflagefläche so ausgelegt ist, dass sie eine erste Schicht, welche eine zweite Schicht überlappt, aufnimmt; eine Induktionsspule mit einer ringförmigen Stirnfläche und einer Innenfläche; und einen Niederhalter mit einer darin definierten Öffnung, wobei der Niederhalter so ausgelegt ist, dass er die erste Schicht, welche die zweite Schicht überlappt, gegen die Auflagefläche klemmt, während der Stempel zu der Matrize hin vorgeschoben wird und während der Stempel zurückgezogen wird; wobei die erste Schicht auf der zweiten Schicht eingerichtet wird und die zweite Schicht in Induktionsnähe zu der Induktionsspule angeordnet wird und die zweite Schicht auf eine Zieltemperatur erwärmt wird, woraufhin die Matrize entlang der Mittelachse in eine Klemmstellung benachbart zu der zweiten Schicht verschoben wird, so dass die Induktionsspule eine vorbestimmte Stelle an einer Außenfläche der Matrize umgibt.
DE102012206919.4A 2011-05-03 2012-04-26 Clinchverfahren und Werkzeug zu dessen Durchführung Active DE102012206919B4 (de)

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