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Stand der Technik
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Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zum mechanischen Fügen von mehreren Werkstücklagen bzw. von übereinander angeordneten Fügepartnern insbesondere zum Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten, Clinchen, Clinchnieten oder Setzen von Funktionselementen müssen in der Regel auf komplexe bzw. unterschiedliche Anforderungsprofile abgestimmt sein.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art bereitzustellen, welche für unterschiedliche Fügeaufgaben bzw. Fügeverfahren vorteilhaft einsetzbar ist. Insbesondere soll die Vorrichtung variabel und effektiv zum mechanischen Fügen von mehreren Werkstücklagen ausgebildet sein, insbesondere mit einer hohen Prozesssicherheit für exakt definiert vorgegebene Arbeitsschritte beim jeweiligen Fügevorgang.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Varianten der Erfindung.
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements an einem Werkstück mit mehreren Werkstücklagen oder zum Durchsetzfügen von mehreren Werkstücklagen, umfassend eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende Matrizeneinheit, zwischen welchen die mit der Vorrichtung zu bearbeitenden Werkstücklagen einklemmbar sind, wobei die Matrizeneinheit an einem Basiskörper angeordnet ist und ein aus dem Basiskörper vorstehendes Matrizenstück umfasst, und wobei im Matrizenstück ein axial verschiebliches Matrizenelement vorhanden ist, mit dem eine zur Stempeleinheit zeigende Stirnseite der Matrizeneinheit in der Form veränderlich ist.
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Die Stempeleinheit umfasst einen kraftbeaufschlagbaren Stempel, der entlang einer Fügeachse der Vorrichtung axial hin- und herbewegbar ist, zum Beispiel hydro-pneumatisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben. Die Matrizeneinheit weist eine der Stempeleinheit zugewandte Stirnseite auf, welche zur Anlage bzw. zur Abstützung einer matrizenseitigen Werkstücklage der mehreren Werkstücklagen dient. Die Stirnseite ist insbesondere eine Stirnseite des Matrizenstücks an einem freien Längsabschnitt des Matrizenstücks. Das Matrizenstück ist relativ zum Basiskörper positionsfest.
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Zur Betriebsführung ist außerdem eine übergeordnete Kontrolleinheit mit einer Rechnereinheit vorhanden, welche mit weiteren Einheiten der Setzvorrichtung kommuniziert wie z. B. Sensormitteln zur Betriebsführung der Setzvorrichtung, insbesondere den Antrieb der Matrizeneinheit und den Antrieb der Stempeleinheit kontrolliert und die Bearbeitungsschritte vorgibt.
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Der Kern der Erfindung liegt darin, dass sich das Matrizenelement mit einem Führungsabschnitt über das Matrizenstück hinaus in den Basiskörper erstreckt und im Basiskörper geführt ist. Das Matrizenelement ist mittels seinem Führungsabschnitt im Basiskörper geführt. Der Führungsabschnitt kann sich bis zu einem im Basiskörper vorhandenen Ende des Matrizenstücks erstrecken oder z. B. über einen Zwischenabschnitt versetzt zum Ende des Matrizenstücks bzw. weiter innen im Basiskörper vorhanden sein. Gegebenenfalls kann sich der Führungsabschnitt des Matrizenelements in mehrere Teilabschnitte mit jeweils anderem Durchmesser unterteilen.
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Das Zusammenwirken des Basiskörpers und des Matrizenelements ist vergleichbar mit einer Linearbewegungs-Einheit wie eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Zylinder und einem im Zylinder reversibel bewegungsgeführten Kolben. Der Basiskörper erfüllt zumindest teilweise die Zylinderfunktion und das Matrizenelement ist mit dem im Zylinder verschieblichen Kolben vergleichbar. Das Matrizenstück kann bei dieser Betrachtung einem Zylinderdeckel zugeordnet werden. Abhängig von der Verschiebestellung des Matrizenelements kann ein vorderer Teil des Matrizenelements durch eine Öffnung des Matrizenstücks durchragen, womit die Form der Stirnseite der Matrizeneinheit veränderbar ist.
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In Verschieberichtung des Matrizenelements beträgt die Länge des Führungsabschnitts des Matrizenelements vorzugsweise ein Mehrfaches des gesamten in eine Verschieberichtung möglichen axialen Verschiebweges des Matrizenelements.
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Das Matrizenelement ist erfindungsgemäß ausschließlich im Basiskörper axial verschieblich bewegungsgeführt. Die Führung des Matrizenelements erfolgt mittels des Führungsabschnitts zum Beispiel im Zusammenwirken mit bzw. gleitend anliegend an Gegenabschnitten des Basiskörpers wie z. B. Wandungsabschnitten einer Ausnehmung im Basiskörper. Die Führung kann z. B. eine Linearführung umfassen mit einem Linearlager wie beispielsweise einem Linear-Gleitlager. Der Führungsabschnitt des Matrizenelements bildet dabei den sich bewegenden Teil der Gleitlageranordnung relativ zu Lager- bzw. den Gegenabschnitten des Gleitlagers, die dem Basiskörper zugehörig sind.
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Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Bewegungsführung des Matrizenelements vom Matrizenstück entkoppelt ist. Bei der Matrizenelement-Bewegung bleibt ein materialfreier Abstand zwischen dem Matrizenelement und dem Matrizenstück erhalten. Folglich kann am Matrizenstück eine bei bekannten Anordnungen notwendige bzw. vorhandene Bewegungs-Führungsfunktion für die Linearbewegung des Matrizenelements entfallen. Dies ist angesichts des im Betrieb vergleichsweise hoch belasteten und funktionell komplex gestalteten Matrizenstücks vorteilhaft. Die Führungsfunktion für die Bewegung des Matrizenelements wird erfindungsgemäß allein im Basiskörper realisiert.
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Der Basiskörper weist vorzugsweise eine quer zur Fügeachse gerichtete Außenseite mit einer Ausnehmung bzw. Vertiefung zur Anordnung des Matrizenelements auf.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch vorteilhaft im Hinblick auf beim Matrizenstück regelmäßig auftretende Szenarien wie eine Beschädigung, ein Verschleiß und/oder eine Typen-Umstellung. Denn dann ist regelmäßig ein Austausch des vorhandenen Matrizenstücks gegen ein neuwertiges oder anders gestaltetes Matrizenstück erforderlich, bei ansonsten unverändertem Werkzeug. Das erfindungsgemäße Matrizenstück ohne Führungsfunktionalität kann demgemäß einfacher hergestellt und damit wirtschaftlicher bereitgestellt werden, was insbesondere bei einem Verschleiß- bzw. Austauschteil vorteilhaft ist.
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Außerdem wird das erfindungsgemäße Matrizenstück mechanisch entlastet, da es keine Lager- bzw. Führungsbeanspruchungen durch die Führung des Matrizenelements, was hinsichtlich der Lebensdauer des Matrizenstücks von Vorteil ist.
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Der Basiskörper ist bei einer hydraulischen Bewegung des Matrizenelements hydraulisch dicht bzw. gedichtet gegenüber dem Bauteil der Setzvorrichtung, an dem der Basiskörper lösbar aber fest aufgenommen ist wie insbesondere ein Endabschnitt eines C-Bügels eines Setz- bzw. Nietwerkzeugs.
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Es ist außerdem vorteilhaft, dass das Matrizenstück in den Basiskörper eingesetzt ist. Das Matrizenstück kann beispielsweise fest aber lösbar im Basiskörper eingebracht sein, beispielsweise eingeschraubt sein oder eingerastet sein. Das Matrizenstück bildet vorzugsweise die Form einer äußeren Werkzeughülse der Matrizeneinheit. Insbesondere umfasst die Werkzeughülse eine freie Stirnseite des Fügewerkzeugs. Das Matrizenstück dient mit einem im Basiskörper vorhanden Abschnitt als Bewegungs-Anschlag für das Matrizenelement. Das Matrizenstück weist insbesondere einen vorstehend zu einer Außenseite des Basiskörpers vorhandenen Teil auf, wobei die Außenseite an das Matrizenstück heranreicht.
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Das Matrizenstück ist in seiner Grundform vorzugsweise hohl bzw. hülsenförmig insbesondere an beiden Längsenden offen mit einer durchgehenden Öffnung. Bevorzugt weist das Matrizenstück in Fügerichtung bzw. in Bewegungsrichtung des Matrizenelements eine längliche Außenform auf, vorzugsweise mit einer Außenform mit bevorzugt genau einem wesentlichen Absatz bzw. einem Durchmessersprung im Bereich einer Außenseite des Basiskörpers. Der wesentliche Absatz ist durch einen vergleichsweise großen Außendurchmesser-Unterschied zwischen zwei das Matrizenstück bildenden Längsabschnitten realisiert.
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Bei einem vorteilhaften Matrizenstück trennt der wesentliche Absatz bzw. der Durchmessersprung einen durchmessergeringeren freien Längsabschnitt des Matrizenstücks, der zur Außenseite des Basiskörpers vorsteht, von einem der Stempeleinheit abgewandten bzw. inneren Längsabschnitt mit einem größeren Außendurchmesser, der im bzw. am Basiskörper aufgenommen ist. Der innere Längsabschnitt ist in einem darauf abgestimmt ausgebildeten vertieften Bereich des Basiskörpers versenkt bzw. darin befestigt vorzugsweise eingeschraubt. Eine der Stempeleinheit zugewandte zum Beispiel ringförmige Stirnseite des inneren Längsabschnitts schließt vorzugsweise bündig oder nahezu bündig an eine Basiskörper-Außenseite an. Die betreffende Basiskörper-Außenseite ist zur Stempeleinheit gerichtet, vorzugsweise parallel ausgerichtet zur Matrizenstück-Stirnseite am freien Ende des Matrizenstücks.
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Ein Überstand des Matrizenstücks am Basiskörper ist durch die Länge des freien vorderen Längsabschnitts des Matrizenstücks bestimmt.
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Aufgrund der Hohl- bzw. Hülsenform des Matrizenstücks reicht ein Kopf-Abschnitt des Matrizenelements in das hohle Matrizenstück hinein. Dabei ist eine Außenseite des Kopf-Abschnitts beabstandet zur Innenseite des Matrizenstücks, so dass die axiale Verschiebbarkeit des Matrizenelements in Längsrichtung des Matrizenstücks ohne einen Führungskontakt zwischen dem Kopf-Abschnitt des Matrizenelements und dem Matrizenstück erfolgt. Vorzugsweise reicht in sämtlichen möglichen Verschiebepositionen des Matrizenelements der Kopf-Abschnitt des Matrizenelements zumindest über einen Teil der Länge des Kopf-Abschnitts in das Matrizenstück hinein. Insbesondere auch in einer maximal weit von der freien Stirnseite des Matrizenstücks beabstandeten bzw. zurückbewegten Verschiebeposition des Matrizenelements reicht ein vorderes Ende des Kopf-Abschnitts in das Matrizenstück hinein.
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Der Antrieb des Matrizenelements erfolgt vorzugsweise hydraulisch. Auch eine andere Antriebsart ist denkbar, zum Beispiel ein hydro-pneumatischer, pneumatischer oder elektrischer Antrieb.
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Ein maximal möglicher Verschiebeweg des Matrizenelements in Richtung zur Stempeleinheit hin ist vorzugsweise durch einen mechanischen Anschlag begrenzt. Der mechanische Anschlag kann am Matrizenstück und/oder an dem Basiskörper ausgebildet sein.
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Es ist überdies vorteilhaft, dass der Führungsabschnitt des Matrizenelements senkrecht zu einer Hauptachse des Matrizenelements eine größere Dimension besitzt als der Teil des Matrizenstücks, der aus dem Basiskörper vorsteht. Die Hauptachse ist insbesondere die Längsachse des Matrizenelements. Die Dimension ist insbesondere eine Außenabmessung bzw. ein Außendurchmesser.
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Mit der Vergrößerung des Durchmessers des Führungsabschnitts kann die Matrizenelement-Führung über größere Führungsflächen und damit verbessert ermöglicht werden. Darüber hinaus kann die Ausbildung des Matrizenstücks flexibel und platzsparend erfolgen, da das Matrizenstück keine Führungsaufgaben zur Führung des Matrizenelements erfüllen muss. Zum Beispiel kann das Matrizenstück vergleichsweise stabil und/oder in schlanker Form ausgebildet sein, was vorteilhaft ist.
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Falls der Führungsabschnitt des Matrizenelements mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, ist zumindest ein zur Bewegungsführung maßgeblicher Abschnitt, mit einem größeren Außendurchmesser ausgebildet, verglichen mit dem Außendurchmesser des aus dem Basiskörper vorstehenden Teils des Matrizenstücks. Dabei ist unter dem Außendurchmesser des Matrizenstücks ein über die wesentliche Länge maßgeblicher Außendurchmesser zu verstehen.
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Das Matrizenstück weist vorzugsweise zusätzlich zum überstehenden Teil einen weiteren Längsabschnitt auf, der insbesondere zur Befestigung am Basiskörper dient. Hierfür kann der weitere Längsabschnitt zum Beispiel ein Außengewindeabschnitt aufweisen, um das Matrizenstück in den Basiskörper einschrauben zu können, wobei am Basiskörper ein entsprechendes Gegengewinde vorhanden ist.
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Der weitere Längsabschnitt des Matrizenstücks ist zum Beispiel in einer Vertiefung des Basiskörpers eingeschraubt. Der weitere Längsabschnitt ist bevorzugt mit einem Außendurchmesser versehen, der in der Größenordnung des Außendurchmessers des Führungsabschnitts des Matrizenelements liegt.
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Vorzugsweise unterteilt sich das Matrizenelement in Längsrichtung betrachtet in mehrere vorzugsweise drei Längsabschnitte. Das Matrizenelement weist zum Beispiel einen über dessen Länge betrachtet mittleren Längsabschnitt bzw. Mittel-Abschnitt auf, welcher den Führungsabschnitt bildet.
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In Richtung zum Matrizenstück schließt sich an den Mittel-Abschnitt ein in das Matrizenstück hineinreichender vorderer Kopf-Abschnitt des Matrizenelements an, der keine Führungsaufgabe zur Führung des Matrizenelements übernimmt. An der rückwärtigen Seite des Mittel-Abschnitts bzw. gegenüberliegend zum Kopf-Abschnitt ist ein End-Abschnitt des Matrizenstücks vorhanden. Der End-Abschnitt kann gegebenenfalls auch eine Führungsfunktion zur Bewegungsführung des Matrizenelements erfüllen.
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Der End-Abschnitt weist vorzugsweise einen geringeren Außendurchmesser auf als der Mittel-Abschnitt des Matrizenelements. Der Außendurchmesser des rückwärtigen EndAbschnitts und des Kopf-Abschnitts sind vorzugsweise vergleichbar bzw. annähernd gleich.
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Die Bewegungsführung des Matrizenelements erfolgt bevorzugt als Gleitlagerführung mit aneinander anliegenden flächigen Führungsflächen der Gleitlagerführung. Die Gleitlagerführung umfasst den Führungsabschnitt am Matrizenelement und einen Gegen-Führungsabschnitt am Basiskörper. Als Gegen-Führungsabschnitt am Basiskörper dienen vorzugsweise Wandabschnitte einer Ausnehmung im Basiskörper, in welcher das Matrizenelement aufgenommen ist.
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Der Kopf-Abschnitt des Matrizenelements, der gegebenenfalls ein Montageteil umfasst, ist in radialer Richtung über einen vergleichsweise geringen Abstand beabstandet zu einem insbesondere unmittelbar gegenüberliegenden Innenabschnitt des Matrizenstücks. Insbesondere findet keine Führung zwischen dem Kopfabschnitt und dem Matrizenstück statt.
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Insbesondere ist zwischen einer umfänglichen Außenseite des Kopf-Abschnitts des Matrizenelements und einem in radialer Richtung beabstandeten gegenüberliegenden Innenabschnitt des Matrizenstücks der Abstand als ein umfänglicher Luftspalt über die gesamte Längserstreckung des Kopf-Abschnitts ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung umfasst das Matrizenelement einen Prägering. Der Prägering bildet zumindest ein vorderes freies Ende des Matrizenelements. Mit dem Prägering ist es möglich, die untere matrizeneinheit-seitige Werkstücklage plastisch zu verformen und darin eine vorgegebene Einprägung auszubilden. Hierfür ist das vordere Ende des Prägerings gemäß einer gewünschten Tiefe der Einprägung so vorhanden, dass das vordere Ende des Prägerings vorsteht zu einer stirnseitigen Auflageseite des Matrizenstücks. Die Auflageseite bildet bei zurückgeschobenem Prägering die Stirnseite des Matrizenstücks, auf welcher ein Abschnitt der Unterseite der untersten Werkstücklage der mehreren Werkstücklagen zu Beginn des Setzvorgangs aufliegt bzw. sich abstützt.
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Damit der gemeinsam mit dem Matrizenelement sich axial verschiebbare Prägering an der Auflageseite des Matrizenstücks überstehen kann, weist die Matrizenstück-Auflageseite ein exakt auf den Prägering abgestimmt ausgestaltete Durchgangsöffnung auf. Die Durchgangsöffnung ermöglicht ein axiales Verschieben des vorderen Teils des Prägerings durch die Durchgangsöffnung, so dass bei der Hin- und Herverschiebung des Matrizenelements der Prägering berührungslos zum Rand der Durchgangsöffnung bewegbar ist. Ein Luftspalt zwischen dem Rand der Durchgangsöffnung und der Außenkontur des Prägerings ist minimal gehalten, damit jegliche Reibung ausgeschlossen und eine Verschmutzung durch eindringende Partikel in den Luftspalt minimiert ist.
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Der Prägering kann integral am bzw. einstückig mit dem Matrizenelement ausgebildet sein. Der Prägering ist jedoch vorzugsweise zu einem Grundkörper des Matrizenelements, der den Führungsabschnitt umfasst, als separates Bauteil gebildet, das an einem vorderen Ende des Grundkörpers des Matrizenelements insbes. lösbar anbringbar ist. Damit lässt sich der Prägering problemlos montieren bzw. demontieren bzw. austauschen.
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Der Prägering bzw. dessen vorderes an der Auflageseite maximal vorstehende Teilabschnitt bildet den aktiv an den Werkstücklagen verformend wirksamen Teil der Matrizeneinheit. Das vordere Ende des Prägerings weist bevorzugt einen geringeren Außendurchmesser auf, als ein Außendurchmesser eines innen anschließenden Längsabschnitts des Prägerings, der z. B. in eine Ausnehmung im Grundkörper des Matrizenelements hineinragt, was kompakt bauend ist.
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Der separat gestaltete Prägering ist bevorzugt als vorne offenes Hohlelement ausgebildet zum Beispiel als durchgehend hohler hülsen- oder röhrenförmiger Körper. Der Prägering mit einem Hohlkanal in Fügerichtung ermöglicht bei einem mit der Setzvorrichtung durchführbaren Durchstanzen der Werkstücklagen eine Butzenabführung eines gebildeten Stanzbutzens, wobei der Stanzbutzen durch einen Abführkanal im Matrizenelement abgeführt werden kann.
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Wenn der Prägering ein separates Bauteil bildet, ist es vorteilhaft, dass ein wesentlicher Längsabschnitt des Prägerings in einem Hohlvolumen im vorderen Abschnitt des Grundkörpers des Matrizenelements eingreifend fixiert ist. Der Matrizenelement-Grundkörper umfasst den Führungsabschnitt und ist kontrolliert bzw. vorgebbar angetrieben verschieblich relativ zum Basiskörper, vorzugsweise hydraulisch.
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Zur Befestigung des Prägering-Bauteils am Grundkörper des Matrizenelements ist vorzugsweise eine Fixierhülse vorgesehen. Die Fixierhülse kann zum Beispiel am Prägering-Bauteil an einer Längsposition fixiert und mit einem Gewindeabschnitt an einem Gewinde des Matrizenelement-Grundkörpers festschraubbar sein, um das Prägering-Bauteil am Matrizenelement-Grundkörper zu befestigen.
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Bei einer mehrteiligen Anordnung mit den separaten Elementen Basiskörper und der Matrizeneinheit mit den Elementen Matrizenstück, Matrizenelement-Grundkörper und Prägering bzw. anderen Elementen kann ein Zusammenbau und eine Demontage der Matrizeneinheit im Basiskörper, zum Beispiel von der Seite der Stempeleinheit erfolgen.
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Bei der Montage der Matrizeneinheit kann beispielsweise der Matrizenelement-Grundkörper mit dem Prägering verbunden werdenund in den Basiskörper eingebracht werden. Danach kann das Matrizenstück stirnseitig am Matrizenelement aufgesetzt und am Basiskörper befestigt zum Beispiel eingeschraubt werden. Das montierte Matrizenstück bildet eine Bewegungsbegrenzung für das axial verschiebbare Matrizenelement am Basiskörper in eine Vorwärts-Verschiebrichtung des Matrizenelements. Bevorzugt sind außerdem Federmittel zwischen dem Matrizenelement und dem Matrizenstück für die Rückstellung des vorwärts geschobenen Matrizenelements vorhanden.
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Der mit dem Matrizenelement und dem Matrizenstück zusammengebaute Basiskörper kann an der Setzvorrichtung an einer entsprechenden Aufnahme befestigt z. B. angeschraubt werden.
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Vorteilhafterweise muss weder der Basiskörper noch das Matrizenelement von der Setz-Vorrichtung entfernt werden, um den Prägering zu demontieren bzw. auszutauschen. Lediglich stempeleinheit-seitig muss das Matrizenstück entfernt werden, um dann den Prägering mit Hilfe der Fixierhülse vom nun zugänglichen Matrizenelement-Grundkörper lösen und gegen einen anderen Prägering austauschen zu können. Abschließend wird das Matrizenstück am Grundkörper wieder angebracht. Eine zum Beispiel auf das Matrizenelement wirkende Hydraulikanordnung muss nicht geöffnet werden, womit Hydraulikflüssigkeit dicht im geschlossenen Hydrauliksystem verbleibt, was ebenfalls vorteilhaft ist.
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Auch ist es vorteilhaft, dass das Matrizenelement einen verfahrbaren Matrizenboden umfasst, der an das Matrizenstück angrenzt. Damit wird ein aktiver bzw. mittels der Kontrolleinheit zum Betrieb der Setzvorrichtung ansteuerbarer Matrizenboden bereitgestellt. Der Matrizenboden bildet einen Abschnitt im Bereich der Stirnseite der Matrizeneinheit bzw. des Matrizenstücks. Der Matrizenboden ist insbesondere von der ringförmigen Stirnseite des Matrizenstücks umschlossen, welche um eine Öffnung im Matrizenstück vorhanden ist. Dabei bildet der Matrizenboden einen nach innen versetzten Boden der Öffnung im Matrizenstück, bei zurückverschobenem Matrizenelement. In der Regel ist der Matrizenboden so abgestimmt, dass auch bei maximal vorgeschobenem Matrizenelement der Matrizenboden etwas nach innen versetzt ist zur Stirnseite der Matrizenstücks. Zwischen dem Rand des Matrizenbodens und dem Rand der Öffnung in der Stirnseite des Matrizenstücks ein schmaler Luftspalt vorhanden ist.
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Mit dem am verschieblichen Matrizenelement-Grundkörper angebrachten Matrizenboden-Element ist der Matrizenboden relativ zur Stirnseite der Matrizeneinheit verfahrbar ausgebildet. Das Verfahren des Matrizenbodens erfolgt gemäß der Verschiebebewegung des Matrizenelements. Der Matrizenboden ist insbesondere parallel ausgerichtet zur Stirnseite der Matrizeneinheit, wobei abhängig von der Verschiebestellung des Matrizenelements der Matrizenboden bündig oder vorzugsweise vertieft zu umgebenden Abschnitten der Stirnseite ist. In einer zurückverschobenen Stellung des Matrizenelements bildet der Matrizenboden eine Grundfläche eines zur Stirnseite nach innen versetzten bzw. vertieften Bereichs. Bei einer maximal in Richtung der Stempeleinheit verschobenen Stellung des Matrizenelements ist der Matrizenboden bevorzugt bündig zu den umgebenden Abschnitten der Stirnseite der Matrizeneinheit.
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Vorteilhaft ist derselbe bzw. identisch ausgebildete Matrizenelement-Grundkörper derart ausgebildet, dass entweder der Prägering oder das Matrizenboden-Element oder ggf. weitere andere Austauschteile am Matrizen-Grundkörper angebracht sind. Die Setzvorrichtung kann damit durch die Wahl der jeweiligen Variante der Matrizeneinheit universell bzw. variabel verwendet werden. Vorteilhaft sind zumindest der Basiskörper und der Matrizenelement-Grundkörper bei allen Varianten identisch, so dass diese nicht ausgetauscht werden müssen. Damit kann ein Bausatz für eine Matrizeneinheit bereitgestellt werden, mit dem aus wenigen verschiedenen Komponenten eine jeweilig gewünschte Variante der Matrizeneinheit zusammenbaubar ist bei ansonsten gleichem Aufbau der Setzvorrichtung.
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Auch von Vorteil ist es, dass im Matrizenelement, insbesondere in einem Prägering ein Verriegelungselement zur Nietverriegelung geführt ist. Wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Werkstücklagen mit einem Faseranteil stanzend bearbeitet werden sollen, werden Stanz-Nietelemente verwendet. Das Stanz-Nietelement muss ausreichend stabil sein, die betreffenden Materialien durchstanzen zu können, ohne dass ich der Stanzniet vor dem Durchstanzen verformt. Bei hochfesten Fasermaterialien muss ein Stanzniet verwendet werden, der hochstabil ist bzw. sich beim Setzen des Stanzniets nicht verformt. Dabei ist es nachteilig, dass die durch den Stanzvorgang entstehenden Fasern mit dem ausgestanzten Stanzbutzen in die Umgebung gelangen. Denn insbesondere im Hinblick auf nachfolgende Bearbeitungsschritte wie z. B. ein Beschichtungs- bzw. ein Lackier-Bearbeitungsschritt können sich bereits geringe Mengen von freien Faser-Partikeln bzw. von herumfliegenden Fasern nachteilig auswirken.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, einen stabilen sich nicht verformenden Stanzniet zu verwenden, der mit der darauf abgestimmt ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung so verarbeitbar ist, dass die Faser-Problematik nicht auftritt.
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Hierzu wird ein halbhohler unten offener Hohl-Stanzniet verwendet, der sich selbst beim Setzen nicht verformt. Mit einem solchen Hohl-Stanzniet wird aufgrund der vorgeschlagenen Setzvorrichtung kein Stanzbutzen erzeugt, womit auch keine freien Fasern entstehen. Die durchstanzten Fasern bleiben im hohlen Schaft des Hohl-Stanzniets gefangen.
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Hierzu wird der Hohl-Stanzniet von Material der untersten bzw. matrizeneinheit-seitigen Werkstücklage unten verschlossen und darin verankert. Zur Verankerung des Hohl-Stanzniets in den Werkstücklagen wird Material der untersten Werkstücklage in eine Vertiefung außen am Hohl-Stanzniet hineinverformt, was mit dem Prägering realisierbar ist, der matrizenseitig gegen die unterste Werkstücklage drückt und diese verformt, also an der Unterseite der Werkstücklagen eine Einprägung vornimmt. Die komplette Durchstanzung der Werkstücklagen muss demgemäß vermieden werden.
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Deshalb darf zumindest die unterste Werkstücklage beim Fügevorgang nicht durchgestanzt werden. Hierfür wird mit dem Verriegelungselement eine Matrizen-Gegenfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Prägering bereitgestellt.
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Mit dem Verriegelungselement wird die Gegenfläche bzw. der Prägeringboden in einer Aufnahme bzw. in einem Kanal im Prägering bereitgestellt. Der passende zu verarbeitende Hohl-Stanzniet weist eine unterseitige sacklochartige Öffnung mit einer Schneidkante auf, um zumindest eine obere Werkstücklage zu durchstanzen. Außen an einem Schaft des Hohl-Stanzniets ist vorzugsweise wenigstens eine Vertiefung vorhanden, in welche am Ende des Fügevorgangs mit Hilfe des axial vorgeschobenen Prägerings Material der Werkstücklagen hineinverformt werden kann, womit die Verankerung des Hohl-Stanzniets in den Werkstücklagen verbessert ist.
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Mit der Stirnfläche des Verriegelungselements wird die matrizeneinheit-seitige unterste Werkstofflage so abgestützt, dass am Ende des Fügevorgangs ein Durchstanzen der untersten Werkstücklage sicher unterbunden ist. Die Länge des Hohl-Stanzniets ist hierfür auf die Dicke der Werkstücklagen abgestimmt bzw. die Länge des Schafts ist kürzer als die Gesamtdicke aller Werkstücklagen zusammen. Die sacklochartige Öffnung des Hohl-Stanzniets wird beim Setzen des Hohl-Stanzniets von Material der durchstanzten Werkstücklagen gefüllt und von der untersten Werkstücklage unten verschlossen. Das Verriegelungselement bildet z. B. in einem zentrischen Kanal des Prägerings eine zur Stirnfläche des Prägerings nach innen etwas versetzte feste Anschlagfläche zur Abstützung von Material der untersten Werkstücklage.
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Die beschriebene Vorgehensweise ist wie erläutert insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine durchgehend geschlossene Unterseite der untersten Werkstücklage gefordert ist. Bislang können beim Durchstanzen der mehreren Werkstücklagen mit dem Hohl-Stanzniet trotz der Abführung des Stanzbutzens in einem Butzenkanal Fasern einer durchstanzten Faser-Werkstücklage in die Umgebung gelangen.
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Mit dem Verriegelungselement in dem Prägering ist dies sicher vermeidbar. Ein Stanzbutzen entsteht nicht, womit Fasern nicht in die Umgebung gelangen können.
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Die unterste Werkstücklage kann aufgrund des Verriegelungselements nicht durgestanzt werden und bildet am Ende des Fügevorgangs eine unterseitig unversehrte bzw. durchgehende Schicht, die den halbhohlen Hohl-Stanzniet unten verschließt, z. B. in der Art eines Bodendeckels. Dabei bleiben die in der wenigstens einen gestanzten Faserschicht abgetrennten Fasern im Inneren des Stanzniets gefangenen bzw. eingeschlossen.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Matrizenelement an einer ins Innere des Basiskörpers zeigenden Außenseite des Matrizenstücks am Matrizenstück federnd gelagert ist. Beispielsweise sind mehrere Federpakete vorgesehen, die zur Lagefixierung z. B. in eine Sacklochbohrung auf einer Vorderseite des Matrizenelements hineinragen. Mit der federnden Lagerung wird eine dauerhaft am Matrizenelement anstehende Druckkraft realisiert, welche das Matrizenelement beim Vorwärtsschieben überwindet jedoch danach bzw. vor einem nächsten Setzvorgang in eine Ausgangsposition selbsttätig zurückstellt, z. B. wenn ein hydraulischer Druck auf das Matrizenelement 9 reduziert bzw. weggenommen ist. Die federnde Lagerung ist derart abgestimmt, dass eine Vorwärtsbewegung des Matrizenelements gegen die Federkraft der federnden Lagerung in Richtung des Matrizenstücks hydraulisch ohne weiteres möglich ist, bis das Matrizenelement z. B. an einem Anschlag am Basiskörper oder vorzugsweise am Matrizenstück anschlägt.
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Es ist überdies vorteilhaft, wenn das Matrizenstück und das Matrizenelement derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Matrizenelement in radialer Richtung zum Matrizenstück einen Spalt aufweist. Der Spalt ist außerdem in Richtung der Fügeachse bzw. in Längsrichtung der Matrizeneinheit über einen Längsabschnitt ausgebildet, über welchen das Matrizenelement beim Verschieben radial benachbart zum Matrizenstück ist. Vorzugsweise ist der Spalt als umfänglich und axial durchgehender Luft-Ringspalt ausgebildet. Damit ist auch sichergestellt, dass das Matrizenelement ausschließlich im Basiskörper und nicht im bzw. am Matrizenstück geführt ist bzw. keine gegenseitige Berührung stattfindet. Insbesondere lässt sich eine Zwangsführung des Matrizenelements am Matrizenstück und damit ein mögliches Klemmen zwischen dem Matrizenelement und dem Matrizenstück bzw. eine überbestimmte Führung vermeiden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung, weist das Matrizenelement im Inneren des Basiskörpers eine Wirkfläche auf für das Aufbringen eines hydraulischen Drucks auf das Matrizenelement. Ein an die Wirkfläche heranreichender Hydraulikraum ist nach außen hydraulisch dicht. Die Wirkfläche ist zum Beispiel an einem Absatz mit einem Durchmessersprung auf der Außenseite des Matrizenelements ausgebildet. Die Wirkfläche umfasst vorzugsweise eine quer zur Bewegungsrichtung des Matrizenelements ausgerichtete Fläche außen am Matrizenelement. An den Hydraulikraum reicht eine Hydraulikleitung zum Heranführen einer Hydraulikflüssigkeit heran, um den hydraulischen Druck auf das Matrizenelement aufzubringen bzw. davon wegzunehmen. Die Wirkfläche bildet eine Wandung des Hydraulikraums, dessen Volumen sich mit der Verschiebung des Matrizenelements verändert. Der Hydraulikraum wird von der Wirkfläche und weiteren Wandungen insbesondere am feststehenden Basiskörper umschlossen. Zwischen dem axial beweglichen Matrizenelement und dem festen Basiskörper sind Hydraulik-Dichtungsmittel zur hydraulischen Abdichtung des Hydraulikraums nach außen vorgesehen.
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Eine vorteilhafte alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass die Wirkfläche als Anschlag bei einem Rückhub des Matrizenelements ausgebildet ist. Am Ende des Rückhubs des Matrizenelements steht die Wirkfläche vorzugsweise an einem festen Wandungsabschnitt des Basiskörpers an. Wenn die Bewegung des Matrizenelements hydraulisch bewirkt wird, kann das Volumen eines Hydraulikraums verschwinden. Der Rückhub findet bei einem reduzierten hydraulischen Druck im Hydraulikraum statt, wobei die Gegenkraft aufgrund der federnden Lagerung des Matrizenelements bewirkt, dass das Matrizenelement den Rückhub ausführt. Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum wird dabei aus dem Hydraulikraum über die heranführende Hydraulikleitung zurück verdrängt.
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Schließlich ist es auch vorteilhaft, dass das Matrizenstück einstückig mit dem Basiskörper ausgebildet ist. Dies ist eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung. Dabei kann die Vorrichtung konstruktiv so ausgestaltet sein, dass die Montage des Matrizenelements am Basiskörper mit dem Matrizenstück vorteilhaft möglich ist. Zum Beispiel kann das Matrizenelement von einer der Stempeleinheit abgewandten Seite des Basiskörpers, in eine Aufnahmevertiefung im Basiskörper eingebracht werden.
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Vorteilhafterweise ist der Basiskörper als Baueinheit ausgestaltet, die lösbar an einem Endabschnitt eines Schenkels eines als zum Beispiel C-Bügel ausgebildeten Teils der erfindungsgemäßen Setzvorrichtung anbringbar ist. An den angebrachten Basiskörper schließt sich insbesondere ein Teil einer Antriebsanordnung zum Antrieb des Matrizenelements an wie eine Hydraulikleitung und gegebenenfalls eine Leitung zur Abführung eines bei einem Stanzvorgang mit der Setzvorrichtung aus den Werkstücklagen ausgestanzten Stanzbutzens.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand verschiedener Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
- 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
- 2 den in 1 dargestellten Bereich A vergrößert im Schnitt gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 3 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in einer Ansicht gemäß 2,
- 4 ein Schnittbild durch eine mit der Anordnung gemäß 4 erstellte Nietverbindung von mehreren Werkstücklagen und
- 5 eine dritte erfindungsgemäße Anordnung in einer Ansicht gemäß 2.
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Für entsprechende Elemente unterschiedlicher Ausführungsbeispiele sind nachfolgend teilweise die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements an mehreren Werkstücklagen oder zum Durchsetzfügen, wobei die Vorrichtung als Setzvorrichtung 1 mit Antriebsmitteln und einer übergeordneten Kontrolleinheit (nicht ersichtlich) zum Betrieb der Setzvorrichtung 1 ausgebildet ist. Mit der Setzvorrichtung 1 können Fügeelemente bzw. Funktionselemente wie z. B. Niete wie Stanzniete, Halbhohlstanzniete, Vollstanzniete oder Clinchniete sowie Clinchpunkte an einem Werkstück W mit mehreren Werkstücklagen WL1 und WL2 (siehe 2 in der Variante für Vollstanzniete) gesetzt werden.
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Die Setzvorrichtung 1 kann räumlich bewegbar zum Beispiel an einem beweglichen Roboterarm angebracht sein oder als stationäre Einheit wie z. B. in der Art einer Gestell- oder einer Tischpresse Verwendung finden. Die erfindungsgemäße Setzvorrichtung 1 weist eine Stempeleinheit 2 und eine gegenüberliegende Matrizeneinheit 3 auf. Die Stempeleinheit 2 und die Matrizeneinheit 3 sind an einem U- bzw. C-förmigen Bügel bzw. einem C-Bügel 6 vorhanden. Zur Bearbeitung des mehrlagigen Werkstücks W werden die beispielhaft zwei Werkstücklagen WL1, WL2 des Werkstücks W (in 2 gestrichelt und ausschnittsweise angedeutet) in einem zwischen gegenüberliegenden Schenkeln des C-Bügels 6 vorhandenen freien Bereich positioniert. Zur Bearbeitung des Werkstücks W ist eine Unterseite U des Werkstücks W bzw. der Werkstücklage WL2 zur Matrizeneinheit 3 gerichtet und auf einer Stirnseite 5 der Matrizeneinheit 3 abgestützt bzw. aufgelegt.
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Die nicht näher beschriebenen Antriebsmittel der Setzvorrichtung 1 umfassen eine Antriebseinheit 4a für die Stempeleinheit 2 zum Antrieb eines axial entlang einer Fügeachse S hin- und herbewegbaren Stempels und eine Antriebseinheit 4b für die Matrizeneinheit 3. Der Stempel ist in 1 nicht ersichtlich bzw. eingefahren in einem Niederhalter 25 der Stempeleinheit 2. Als Antriebseinheit 4a bzw. 4b ist vorzugsweise ein hydropneumatischer Antrieb mit Druckübersetzung bzw. ein hydraulischer Antrieb oder alternativ eine andere Antriebsart wie ein pneumatischer oder elektrischer Antrieb möglich.
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Der umrandete Bereich A in 1 mit der Matrizeneinheit 3 ist in den 3 und 5 jeweils in einer anderen Ausführungsform mit jeweils modifizierter Matrizeneinheit 36 bzw. 44 vergrößert und im Schnitt gezeigt. In den 2, 3 und 5 sind einzelne Elemente schematisiert bzw. nicht dargestellt.
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Die Matrizeneinheiten 3, 36, 44 sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen aus einem Bausatz mit wenigen Bauteiltypen aufgebaut bzw. zusammengebaut, so dass eine gewünschte von verschiedenen möglichen Varianten der Matrizeneinheit aus dem Bausatz zusammenbaubar sind. Die jeweiligen Matrizeneinheit-Varianten sind an einem für alle Varianten gleichen Basiskörper 7 anbaubar, so dass der jeweilige Basiskörper 7 mit einer Anbringseite 26 an einem dazu passend ausgestalteten Anlageabschnitt 27 an einem dazugehörigen matrizenseitigen Schenkel 6a des C-Bügels 6 der Setzvorrichtung 1 anbringbar ist. Vorzugsweise ist der Basiskörper 7 bzw. zumindest seine Anbringseite 26 bei allen Varianten der Matrizeneinheiten wie z. B. der Matrizeneinheiten 3, 36, 44 identisch.
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Die Matrizeneinheit 3 gemäß 2 umfasst als wesentliche Bauteile den Basiskörper 7, ein Matrizenstück 8, ein Matrizenelement 9, einen Prägering, der als Prägeringeinsatz 10 bezeichnet ist, eine Fixierhülse 11, ein Abstimmelement 14, eine Butzenbrecherscheibe 19, Federpakete 12, 13, schematisiert gezeigte Dichtungen 15, 16, 17, 18 und weitere nicht gezeigte Montage- und Dichtelemente. Das Matrizenstück 8 ist mit einem Außen-Gewindeabschnitt 8a in einer durch den Basiskörper 7 durchgehenden Ausnehmung 33 (siehe 3) mit einem passenden Innengewindeabschnitt im Basiskörper 7 eingeschraubt und positionsfest fixiert und für eine Demontage wieder lösbar.
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Mittels einer von außen gut zugänglichen Verschraubung 20 mit einer Schraube 21 ist der Basiskörper 7 mit der Matrizeneinheit 3 fest mit dem Schenkel 6a verbunden, womit eine Montage und Demontage der Teile in wenigen Montageschritten möglich ist.
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Da die Setzvorrichtung 1 für Ausführungsvarianten verwendbar ist, mit denen das Werkstück W durchstanzt wird, ist im an die Matrizeneinheit 3 angrenzenden Bereich des Schenkels 6a ein zur Matrizeneinheit 3 bzw. zur Butzenbrecherscheibe 19 offener Abführkanal 22 zur Abführung eines beim Stanzvorgang mit der Setzvorrichtung 1 aus dem Werkstück W herausgestanzten Stanzbutzens ausgebildet. Der Abführkanal 22 mündet in einen Behälter 23 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Stanzbutzen.
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Mit der Antriebseinheit 4b der Matrizeneinheit 3 ist eine aktive bzw. steuerbare Matrize bereitgestellt zum Beispiel zum Aufbringen bzw. zur Erzeugung einer Gegenkraft am Werkstück W, die der stempelseitig am Werkstück wirkenden Kraft entgegen gerichtet ist. Die Antriebseinheit 4b umfasst vorzugsweise ein Fluidsystem bzw. ein Hydrauliksystem, wobei über eine nicht ersichtliche Druckleitung bzw. Hochdruckleitung ein Druck des Fluidsystems auf die Matrizeneinheit 3 übertragbar ist. Um das Matrizenelement 9 in Richtung R1 entlang der Fügeachse S vorwärts bzw. hinzubewegen, wirkt ein mit der Antriebseinheit 4b bereitstellbarer hydraulischer Druck P, der in 2 gemäß der Pfeile P angedeutet ist. Der hydraulische Druck P wirkt auf eine Wirkfläche 28, die am Matrizenelement 9 rückwärtig an einem absatzartigen Durchmesser-Sprung des Matrizenelements 9 umlaufend bzw. ringartig vorhanden ist. Damit ist ein Überstand des Endes des Prägeringeinsatzes 10 zur Stirnseite 5 vorgebbar.
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Bei einer Rückbewegung des Matrizenelements 9 in Richtung R2 bis in die gemäß der 2, 3 und 5 gezeigte Rückhubstellung der Matrizeneinheit dient die Wirkfläche 28 zur Begrenzung der Rückhubbewegung als Anschlagfläche, welche an einer Gegenfläche 29 am Basiskörper 7 anstößt. Die Kraft für die Rückhub- bzw. Rückstellbewegung des Matrizenelements 9 wird mit Hilfe der Federpakete 12 und 13 realisiert, was dann zum Tragen kommt, wenn der hydraulische Druck P auf das Matrizenelement 9 reduziert bzw. weggenommen ist. 2 zeigt die Rückhubstellung der Matrizeneinheit 3 bei an der Gegenfläche 29 anstehender Wirkfläche 28. Ein vorderes ringförmiges flaches Ende des Prägeringeinsatzes 10 ragt in eine Öffnung 30 in der Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 hinein, wobei das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 nicht übersteht bzw. vorzugsweise bündig zur radial benachbart vorhandenen flachen Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 ist.
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Mit der angetriebenen Vorwärtsbewegung des Matrizenelements 9 wird beim Setzvorgang eines Fügeelements das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 durch die Öffnung 30 bewegt, so dass das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 übersteht bzw. vorsteht relativ zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8. Dabei wirkt auf der anderen Seite des Werkstücks W eine stempeleinheit-seitige Kraft mittels des Stempels und des Niederhalters 25. Der Prägeringeinsatz 10 formt dabei eine unterseitige Einprägung in das Material der Werkstücklage WL2 ein, womit eine verbesserte Verankerung des in das Werkstück W eingepressten Fügelements erreicht wird.
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Vorteilhafterweise sind der Basiskörper 7 und das Matrizenelement 9 derart aufeinander abgestimmt, dass die Bewegungsführung des axial in Richtung R1 und R2 hin- und herverschieblichen Matrizenelements 9 ausschließlich im bzw. am Basiskörper erfolgt.
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Hierfür weist das Matrizenelement 9 einen Führungsabschnitt 31 auf, wobei der Führungsabschnitt durch Abschnitte der Außenseite des Matrizenelements 9 gebildet ist. Vorzugsweise ist mit dem Führungsabschnitt 31 eine Gleitlageranordnung realisiert, welche einen inneren Wandungsabschnitt 32 im Basiskörper 7 bzw. einen Wandungsabschnitt der Ausnehmung 33 (siehe 3) im Basiskörper 7 mit zwei unterschiedlichen Innen-Durchmessern umfasst. Der Führungsabschnitt 31 und der Wandungsabschnitt 32 weisen jeweils glatte Flächen auf, die mit einem vergleichsweise sehr geringen Spaltmaß bzw. nahezu spaltfrei aneinander flächig in Anlage sind und eine geführte gleitende Bewegung des Matrizenelements 9 im Basiskörper 7 ermöglichen. Der maximal mögliche axiale Verschiebweg a des Matrizenelements 9 ist in 3 gezeigt. In Richtung R1 ist der Verschiebweg a des Matrizenelements 9 durch Anstoßen einer axialen Ringfläche 34 an einer rückwärtigen Stirnseite des Matrizenstücks 8 begrenzt. Der Führungsabschnitt 31 und der Wandungsabschnitt 32 können zum Beispiel eine in der Grundform zylindrische Außen- bzw. Innenform aufweisen. In der außenzylindrischen Grundform des Führungsabschnitts 31 sind beispielhaft vorbereitet ausgebildete Vertiefungen zur Unterbringung von Dichtmitteln bzw. zum Beispiel umfänglich durchgehende Nuten zur Unterbringung der als Ringdichtungen ausgebildeten Dichtungen 15 und 16 vorhanden. Zusätzlich sind Vertiefungen für Dichtmittel im Wandungsabschnitt 32 für die Ringdichtungen 17 und 18 ausgestaltet.
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Zwischen dem Matrizenstück 8 und den axial beweglichen Teilen des Matrizenelements 9 mit der Fixierhülse 11 und dem Prägeringeinsatz 10 ist radial zur Fügeachse S ein vergleichsweise sehr geringer Ringspalt RS bzw. Luftspalt mit einer Spaltbreite z.B. im Bereich eines Bruchteils eines Millimeters ausgebildet. Der Luftspalt ist über die gesamte Länge des Matrizenstücks 8 vorhanden, zwischen einem Rand der Öffnung 30 im hohlen Matrizenstück 8 und dem oberen schlanken Teil des Prägeringeinsatzes 10 und zwischen der Fixierhülse 11 bzw. dem oberen Teilabschnitt 9a des Matrizenelements 9 und der Innenwand des hohlen Matrizenstücks 8. Die Fixierhülse 11 und der Prägeringeinsatz 10 übernehmen keine Führungsfunktion zur axialen Bewegungsführung des Matrizenelements 9.
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Die Matrizeneinheit 3 gemäß 2 ist vorteilhaft für das Vollstanznieten mit einem Vollstanzniet (nicht gezeigt) verwendbar. Dabei wird der vom sich in Richtung R2 bewegenden Stempel kraftbeaufschlagte Vollstanzniet durch die nicht vorgelochten Werkstücklagen WL1 und WL2 durchgestanzt und der dabei ausgestanzte Stanzbutzen in einen Butzenkanal 35 in der Matrizeneinheit 3 hineingedrückt. Durch axiales Verschieben des Matrizenelements 9 in Richtung R1 unter dem Druck P wird dann der Prägeringeinsatz über die Stirnseite 5 vorstehend ausgefahren, so dass verformtes Material des Werkstücks W in eine äußere Vertiefung im Vollstanzniet plastisch hineinverformt wird und der Vollstanzniet im Werkstück W verankert ist. Danach wird der hydraulische Druck P reduziert und die Federpakete 12, 13 bringen das Matrizenelement 9 mit dem Prägeringeinsatz 10 wieder in die Grundstellung gemäß 2.
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Bei vorgegebener Länge des Prägeringeinsatzes 10 ist je nach Dicke des eingesetzten Abstimmelements 14 die Relativstellung des vorderen Endes des Prägeringeinsatzes 10 relativ zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 vorgebbar. Mit dem Abstimmelement 14 ist insbesondere ein maximaler Überstand des vorderen Endes des Prägeringeinsatzes 10 zur Stirnseite 5 bei axial in Richtung R1 maximal vorgeschobenem Matrizenelement 9 bzw. eine Bündigkeit oder ein nach innen bzw. unten vorhandener Versatz des vorderen Endes des Prägeringeinsatzes 10 bei zurückgeschobenem Prägeringeinsatz 10 bzw. bei in Richtung R2 zurückgeschobenem Matrizenelement 9 vorgebbar.
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Das Ausführungsbeispiel der Setzvorrichtung 1 mit der Matrizeneinheit 36 gemäß 3 ist für eine Setzvorrichtung zum Stanznieten ausgebildet, mit der zum Beispiel ein selbstverriegelnder Hohl-Stanzniet bzw. Reservoirniet 37 in ein Werkstück 39 mit drei Werkstücklagen 39a, 39b und 39c gesetzt bzw. eingestanzt und verankert wird (siehe 4). Die Matrizeneinheit 36 unterscheidet sich von der Matrizeneinheit 3 durch ein als Gegenstück 38 ausgebildetes Verriegelungselement 24 zur Nietverriegelung, das zum Basiskörper 7 positionsfest passend innerhalb des Butzenkanals 35 im Matrizenelement 9 und dem Prägeringeinsatz 10 vorhanden ist. Das Gegenstück 38 füllt den Butzenkanal 35 nahezu vollständig aus bis auf einen letzten vergleichsweise kurzen Abschnitt im Millimeterbereich. Eine vordere vorzugsweise flache Stirnfläche 38a des Gegenstücks 38 ist demgemäß im zurückgeschobenen Zustand des Matrizenelements 9 nach innen versetzt zur vorderen ringförmigen Stirnseite des Prägeringeinsatzes 10 und damit zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8. Beim Einstanzen des Reservoirniets 37 in das Werkstück 39 in Richtung R2 werden die oberen beiden Werkstücklagen 39a, 39b komplett mit einer am unteren Rand ausgebildeten ringförmigen Nietschneide 40 durchstanzt. Die Nietschneide 40 dringt von oben nur über einen Teil der gesamten Dicke der untersten Werkstücklage 39c in die Werkstücklage 39c ein. Dies wird durch das Vorhandensein der Stirnfläche 38a des Gegenstücks 38 beeinflusst, da die Stirnfläche 38a des Gegenstücks 38 als starre Anschlagfläche wirkt, die unten gegen die Unterseite der unteren Werkstücklage 39c ansteht, weil das Gegenstück 38 positionsfest an der Matrizeneinheit 36 vorhanden ist. Durch das axiale Vorschieben des Matrizenelements 9 in Richtung R1 um den Weg a wird das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 entsprechend zur Stirnseite 5 in Überstand gebracht, womit eine entsprechende ringförmige Einprägung 41 auf der Unterseite der Werkstücklage 39c eingeformt wird und Material der Werkstücklage 39c plastisch in eine außenseitige umfänglich verlaufende Vertiefung 42 außen am Reservoirniet 37 hineingedrückt wird. Bei dieser Vorgehensweise wird die z. B. faserhaltige Werkstücklage 39b in einem Reservoir 43 im Hohlvolumen des Reservoirniets 37 gefangen bzw. nach außen dicht eingeschlossen, so dass vorteilhafterweise keine Fasern der Werkstücklage 39b, die beim Durchstanzen der Werkstücklage 39b mit dem Reservoirniet 37 entstehen, in die Umgebung gelangen können. Entsprechendes gilt vorteilhafterweise für eine ggf. faserhaltige Werkstücklage 39a.
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Die in 5 gezeigte Matrizeneinheit 44 unterscheidet sich von der Matrizeneinheit 3 dadurch, dass anstelle des Prägeringeinsatzes 10 mit der Fixierhülse 11 ein Matrizenboden-Element 45 fest verbunden ist mit dem Matrizenelement 9 bzw. zum Beispiel in dem vorderen hohlen Bereich des Matrizenelements 9 eingeschraubt ist. Damit wird die Matrizeneinheit 44 für eine Setzvorrichtung vorteilhaft einsetzbar, welche zum Halbhohlstanznieten bzw. zum Setzen von Halbhohlstanznieten in ein mehrlagiges Werkstück wie auch zum Clinchnieten und zum Clinchen von mehrlagigen Werkstücken dient. Insbesondere kann mit einer vorderen freien Stirnseite 46 des Matrizenboden-Elements 45 ein axial zur Fügeachse S verfahrbarer Matrizenboden bereitgestellt werden, der bei zurückgeschobenem Matrizenelement 9 gemäß 5 parallel vertieft zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 positioniert ist. Mit dem verfahrbaren Matrizenboden-Element 45 kann die Verankerung bzw. die Verformung des Halbhohlstanzniets im Werkstück vorteilhaft realisiert werden je nach Bewegung bzw. Stellung des Matrizenboden-Elements 45 relativ zum Matrizenstück 8.
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Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der Matrizeneinheiten 3, 36 und 44 ist es vorteilhaft, dass zum Zusammenbau die identischen Haupt-Bauteile verwendet werden können, wie insbesondere der Basiskörper 7, das Matrizenelement 9, die Federpakete 12, 13 und das Matrizenstück 8.
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Alternativ zu den Ausführungsbeispielen gemäß 2, 3 und 5 kann der Basiskörper und das Matrizenstück einstückig sein. Ein solches Grundbauteil der Matrizeneinheit kann derart gestaltet sein, dass eine Montage der daran vorhandenen weiteren Komponenten wie dem Matrizenelement von einer dem Matrizenstück gegenüberliegenden bzw. rückwärtigen Seite erfolgt. Das Matrizenelement weist dann beispielsweise über den Führungsabschnitt bis zum rückwärtigen Ende einen gleichbleibenden Außendurchmesser auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Setzvorrichtung
- 2
- Stempeleinheit
- 3
- Matrizeneinheit
- 4a
- Antriebseinheit
- 4b
- Antriebseinheit
- 5
- Stirnseite
- 6
- C-Bügel
- 6a
- Schenkel
- 7
- Basiskörper
- 8
- Matrizenstück
- 8a
- Außen-Gewindeabschnitt
- 9
- Matrizenelement
- 9a
- Teilabschnitt
- 10
- Prägeringeinsatz
- 11
- Fixierhülse
- 12
- Federpaket
- 13
- Federpaket
- 14
- Abstimmelement
- 15
- Dichtung
- 16
- Dichtung
- 17
- Dichtung
- 18
- Dichtung
- 19
- Butzenbrecherscheibe
- 20
- Verschraubung
- 21
- Schraube
- 22
- Abführkanal
- 23
- Behälter
- 24
- Verriegelungselement
- 25
- Niederhalter
- 26
- Anbringseite
- 27
- Anlageabschnitt
- 28
- Wirkfläche
- 29
- Gegenfläche
- 30
- Öffnung
- 31
- Führungsabschnitt
- 32
- Wandungsabschnitt
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Ringfläche
- 35
- Butzenkanal
- 36
- Matrizeneinheit
- 37
- Reservoirniet
- 38
- Gegenstück
- 38a
- Stirnfläche
- 39
- Werkstück
- 39a
- Werkstücklage
- 39b
- Werkstücklage
- 39c
- Werkstücklage
- 40
- Nietschneide
- 41
- Einprägung
- 42
- Vertiefung
- 43
- Reservoir
- 44
- Matrizeneinheit
- 45
- Matrizenboden-Element
- 46
- Stirnseite
