DE2135718B2 - Verfahren zum herstellen einer ebenen verbindung in einem zuge zwischen wenigstens zwei metallblechen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer ebenen Verbindung in einem Zuge zwischen wenigstens zwei Metallblechen, bei dem wenigstens ein Metallblech auf wenigstens ein weiteres Metallblech aufgelegt wird und vermittels Stempelwirkung ein erster Metallstopfen aus ainem Abschnitt des ersten aufgelegten Bleches ausgepreßt wird, wobei ein weiterer Metallstopfen, der mit dem weiteren Blech durch einen durchgehenden Metalisteg verbunden bleibt auf einem Abschnitt des weiteren Bleches ausgebildet wird indem durch Stempelwirkurig des ersten Stopfens der weitere Stopfen ausgepreßt wird, und wobei der erste Metallstopfen in dem Abschnitt des weiteren Bleches eingebettet wird, aus dem der weitere Stopfen ausgepreßt ist.

Bei der Verarbeitung von Blechen ist es häufig erwünscht, zwei oder mehrere Bleche relativ zueinander festzulegen. So ist es bei der Herstellung von Verbundblechen durch Walzen aufeinandergelegter Bleche derart, daß zwischen diesen eine feste Verbindung erhalten wird, in der Regel wünschenswert, daß diese Ausgangsbleche gegeneinander festgelegt werden, um eine Relativbewegung zwischen beiden zu verhindern. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zwischen den Blechen nach einem bestimmten Muster ein Trennmaterial eingebracht worden ist, das die Entstehung der Verbindung in diesen Bereichen verhindert.

Es sind in der Technik zahlreiche Verbindungsverfahren bekannt, durch die Bleche vor dem Walzen gegeneinander festgelegt werden können. Hierbei ist Punktschweißen unter Verwendung von V/iderstands-Schweißeinrichtungen das am meisten verwendete Verfahren.

Wenn auch die Punktschweißtechnik für diesen Zweck verwendet werden kann, so sind damit doch verschiedene Nachteile verbunden. Es ist schwierig Punktschweißstellen herzustellen, die klein sind und trotzdem eine ausreichende Festigkeit zürn Festlegen der Bleche gegeneinander besitzen. Infolge der Abmessungen der Punktschweißungen wird daher ein größe res Maß an Verschnitt erzeugt Darüberhinaus sini Punktschweißanlagen teuer und haben normalerweisi Versorgungs- und Steuerungsaggregate, die wegen de notwendigen Wartung eine Erhöhung der Leerlaufzei ten mit sich bringen.

Neben dem Punktschweißverfahren gibt es aucl noch weitere Verfahren zur Verbindung von beispiels weise zwei Blechen, so etwa das in der deutschen Pa tentschrift 10 21 822 beschriebene Verfahren zur flächi gen Verbindung zweier Metallteile, von dem die vorlie gende Erfindung gattungsgemäß ausgeht. Bei diesen Verfahren wird mindestens ein Vorsprung an einer de zu verbindenden Flächen ausgebildet, wobei diese Vorsprung kürzer ist als die Dicke des anderen Metall teils, mit dem das erste Metallteil verbunden werdei soll. Der Vorsprung dringt bei seiner Bildung in ein ent sprechendes Loch im zweiten Metaliteil ein. Danacf werden die beiden Metallteile senkrecht zu den siel berührenden Flächen zusammengepreßt, so daß siel die Wandung jedes einen Vorsprung aufnehmender Loches nach innen bewegt und dabei den Vorsprung fest umklammert, so daß beide Metallteile miteinandei verbunden werden.

Bei diesem Verfahren ist also eine Reihe von Verfah rensschritten notwendig, so das Stanzen eines Loche; zum Ausbilden einer öffnung in einem der zu verbin denden Bauteile, anschließend ein weiterer Stanzvor gang, um die Vorsprünge auszubilden, mit denen die Teile verbunden werden, dann das Aufeinanderleger der Bauteile derart, daß die Vorsprünge ineinandei greifen und schließlich ein weiterer Preßvorgang, dei die Größe der öffnungen derart vermindert, daß sie die Vorsprünge fest umgreifen.

Bei diesem Verfahren ist es nachteilig, daß die öff nungen und die Vorsprünge in getrennten Arbeits schritten hergestellt werden und daß dabei besondere Sorgfalt auf die örtliche Zuordnung der Vorsprünge und der öffnungen verwendet werden muß, damit sie richtig ausgerichtet sind bzw. fluchten. Demzufolge müßte, wenn mehrere Verbindungsstellen zwischer zwei Blechen herzustellen wären, ein komplizierte; Preßwerkzeug entworfen werden, damit die öffnunger und Vorsprünge stets genau aufeinander ausgerichtet sind.

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrun deliegende Aufgabe, das gattungsgemäße Verfahrer derart weiterzubilden, daß eine ebene Verbindung zwischen wenigstens zwei Metallblechen in einem Zuge erreicht werden kann, ohne daß die Notwendigkeit besteht, bei mehreren Verbindungsstellen eine sorgfältige Ausrichtung der einzelnen Metallbleche zueinandei vornehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß der durch die Stempelwirkung aus dem erster Blech herausgepreßte Stopfen mit dem ersten Blech durch einen durchgehenden Metallsteg verbunder bleibt, daß jeder weitere Stopfen im Abschnitt de; nächsten Bleches eingebettet und daß der über die Blechebene herausragende Teil des letzten Stopfen« abgeschnitten wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß das Festhalten des aus dem einen Blech ausgepreßten Ansatzes in dem zweiten Blech von selbsi erfolgt. Es ist weder notwendig, in dem zweiten Blech vorher durch Stanzen ein entsprechendes Loch vorzusehen, noch ist es notwendig, einen separaten Preßvorgang vorzusehen, mit dem der Durchmesser des ge-

stanzten Loches vermindert wird, um eine feste Verbindung zwischen dem Loch und dem Vorsprung zu erreichen. Die Aufgabe wird also in überraschend einfacher Weise in einem einzigen Arbeitszuge gelöst.

Auch die USA.-Patentschriften 14 46 095 und 12 16 758 befassen sich mit ähnlichen Verfahren zum Verbinden von zwei flächigen Metallteilen. Bei diesen Verfahren entsteht jedoch an der Verbindungsstelle auf einer Seite ein nietenartiger Kopf, was bei vielen Anwendungsfällen nicht tragbar ist. So wird das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung unter anderem auch dazu verwendet, zwei miteinander durch Preßschweißwalzen zu verbindende Metallbleche vorläufig festzulegen, wobei es sehr wesentlich ist, daß die Verbindungsstelle absolut eben und relativ haltbar ist, so daß sich während des eigentlichen Verbindungsvorganges die Bleche nicht rellativ zueinander bewegen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Ansicht auf ein zu verbindendes Blech mit einem Muster von Trennmaterial auf seiner Oberfläche,

F i g. 2 eine Ansicht auf einen gemäß dem Stand der Technik hergestellten Verbundblechzuschnitt.

F i g. 3A bis 3D Axialschnitte, welche das Verfahren, die Vorrichtung und die gemäß der Erfindung gebildete Verbindung erläutern, wobei der Stempeldurchmesser im wesentlichen der gleiche wie der des Matrizenhohlraums ist,

F i g. 4A bis 4D eine Reihe von Axialschnitten, welche das Verfahren, die Vorrichtung und die Verbindung gemäß der Erfindung erläutern, wobei der Stempeldurchmesser größer als der Durchmesser des Matrizenhohlraums ist,

F i g. 5A bis 5D eine Reihe von Axialschnitten zur Erläuterung des Verfahrens, der Vorrichtung und der Verbindung gemäß der Erfindung, wobei der Stempeldurchmesser kleiner als der Durchmesser des Matrizenhohlraumes ist,

F i g. 6 eine Ansicht auf einen Verbundblechrohling mit zwei Verbindungsstellen gemäß der Erfindung, und

F i g. 7 eine Ansicht auf eine andere Ausführungsform.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanisehen Verbindung von wenigstens zwei aufeinander liegenden Metallblechen miteinander. Das Verbindungsverfahren gemäß der Erfindung verwendet einen Stempel und eine Mlatrize. Der Stempel und die Matrize sind dadurch neuartig ausgebildet, daß die Vorderkante des Stempels einen Radius aufweist und darüberhinaus, daß der Stempel einen größeren oder kleineren Durchmesser als der Durchmesser des Matrizenhohlraumes aufweisen kann. Wenn der Stempel an wenigstens zwei aufeinander liegenden Metallblechen wirkt, drückt er einen Stopfen aus dem ersten Blech in das zweite Blech und der sich dabei ergebende Stopfen vom zweiten Blech wird dann im wesentlichen von diesem entfernt.

Die Verbindung besteht dann aus einem Stopfen aus dem ersten Blech, welcher über einen einstückig mit diesem ersten Blech bestehenden Materialsteg mit diesem Blech verbunden bleibt und mit dem zweiten Blech durch Einpressen in einen dichten, mechanischen Preßsitz verbunden ist. Die Verwendung von zwei derartigen Verbindungen schafft eine ausreichende Festigkeit '»5 um eine Relativbewegung zwischen den aufeinanderliegenden Blechen von der Preßschweißverbindung zu Die Erfindung ist generell anwendbar auf die Verbindung von beliebigen Blechen aus duktilem Metall oder Metallegierungen miteinander, jedoch ist es aus später zu erläuternden Gründen vorzuziehen, ein hochduktiles Material, im wesentlichen Nichteisenmetalle, zu verwenden, z. B. Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

In F i g. 1 ist ein Blech Ϊ aus Metall dargestellt, welches das typische Ausgangsmaterial für die Erfindung ist. Das Blech 1 kann aus einem beliebigen Metall bestehen, welches in der im folgenden beschriebenen Weise verbindbar ist. Vorzugsweise ist das Blech 1 das Ausgangsmaterial für die Herstellung einer walzgebundenen Wärmetauscherplatte, in welcher ein Muster aus Trennmaterial 2 auf der Oberfläche aufgebracht ist.

Wie in F i g. 2 dargestellt, ist ein zweites Blech 3 zuo Metall auf die Oberseite des ersten Metallbleches 1 aufgelegt. Das zweite Blech 3 kann in der Regel aus dem gleichen Metall wie das erste Blech 1 bestehen oder es kann ein unterschiedliches Metall oder eine Legierung sein. Darüberhinaus muß die Dicke der beiden Bleche 1 und 3 nicht notwendigerweise die gleiche sein. Die aufeinandergelegten Bleche 1 und 3 werden zu einem Schichtverbundmetallblech beispielsweise durch Druckverschweißen geformt. Jedoch können auch andere Verfahren zum Herstellen von Verbundmetallblech angewendet werden.

Gemäß der Erfindung wird eine einfache, mechanische Verbindung 10 an Stelle der bisher überwiegend verwendeten Punktschweißung 4 verwendet. Das Verfahren zum Herstellen dieser Verbindungen 10 ist in den Fig.3A bis 3D erläutert. Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens weist einen Stempel 11 und eine Matrize 12 auf. Der Stempel 11 hat im Gegensatz zur normalen Ausbildung eines Stempels für einen Stanzvorgang einen Radius 13 an seiner Vorderkante. Das Vorhandensein des Radius 13 an der Vorderkante des Stempels 11 ist jedoch wesentlich für die Erfindung um die notwendige Auspreß- und Ziehaktion zu bewirken. Die Matrize 12 hat im wesentlichen einen zylindrischen Hohlraum 14 und ist im wesentlichen konventionell ausgebildet. Auch kann beispielsweise die Stempelfläche und der Matrizenhohlraum quadratisch oder in einer anderen gewünschten Form ausgebildet sein. Darüberhinaus ist es nicht notwendig, daß der Stempel und der Matrizenhohlraum genau die gleiche Form haben. Die Erfindung wird an Hand der Verbindung von zwei Metallblechen beschrieben, jedoch ist sie auch für die Verbindung von mehr als zwei Blechen anwendbar.

In Fig.3A sind zwei aufeinandergelegte Bleche 1 und 3 aus Metall auf die Matrize 12 aufgelegt. Der Stempel 11 mit dem Radius 13 an seiner Vorderkante greift an der Oberfläche des ersten Bleches 1 an. F i g. 3B zeigt, daß, wenn der Stempel Π in das erste Blech 1 eingedrückt wird, daß Metall 16 aus dem ersten Blech nach unten gepreßt wird und im wesentlichen eine Verlängerung des Stempels 11 bildet. Dieses Metall 16 bildet einen Stopfen, welcher das Metall 17 aus dem zweiten Blech 13 in den Matrizenhohlraum 14 auspreßt. Wenn der Stempel 11 weiter nach unten gepreßt wird, wie in Fig. 3C dargestellt, wird der Stopfen 16 weiter das Metall aus dem ersten Blech auspressen und einen durchgehenden Verbindungssteg 18 schaffen.

Der Stopfen 16 verformt das Metall aus dem zweiten Blech 3 weiter in den Matrizenhohlraum 14 und bildet einen Stopfen 17, welcher von dem zweiten Blech 3 abgeschnitten wird, wenn der Rohling 19, welcher die verbundenen Bleche 1 und 3 bildet von der Matrize

entfernt wird. Nachdem der Stempel 11 seinen Hub beendet hat, wird der Stopfen 17 von dem zweiten Blech 3 entfernt und abgeschnitten und der Stopfen 16 vom ersten Blech 1 ist in das zweite Blech 3 an die Stelle des Stopfens 17 eingesetzt. Der Verbindungssteg 18 ist nach unten gezogen, jedoch ist so viel Metall darin verblieben, daß eine feste Verbindung zwischen den beiden Blechen I und 3 aus Metall besteht. Der Stopfen 17 aus dem zweiten Blech 3 ist entsprechend dem Stempelhub im wesentlichen ebenfalls noch mit dem zweiten Blech 3 durch einen sehr dünnen Materialsteg 20 verbunden. Beim Abheben des Zuschnitts 19 von der Matrize wird der Stopfen 17 jedoch normalerweise abgebrochen. Wenn gewünscht, kann der Hub des Stempels 11 etwas fortgesetzt werden, so daß der Stopfen 17 vom zweiten Blech 3 durch die Matrize 12 abgeschert wird.

Die mechanische Verbindung 10 gemäß F i g. 3D besteht aus dem Stopfen 16 aus dem ersten Blech 1, welcher in das zweite Blech 3 eingebettet ist und mit dem ersten Blech 1 durch den Materialsteg 18 verbunden ist. Die Verwendung von zwei oder mehr derartigen Verbindungen schafft eine ausreichende Festigkeit um eine Relativbewegung zwischen den Blechen 1 und 3 des Zuschnitts 19 vor dem Preßschweißen zur Bildung eines Verbundmetallbleches zu verhindern.

F i g. 4A bis 4D zeigen die Erfindung, bei welcher der Stempel 11' einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Hohlraumes 14 der Matrize hat. Der Stopfen 16' vom ersten Blech 1 wird größer als der Hohlraum 14, wie in F i g. 4B dargestellt und die Verlagerung des Metalls aus dem Stopfen 16', wenn er sich der Matrize nähert, ergibt eine bessere Abscherung des Stoffes 17' von dem zweiten Blech 3, wie in Fig.4C und 4D gezeigt. Jedoch ist auch die Dicke des Materialstegs 18' reduziert.

F i g. 5A bis 5D zeigen die Wirkung bei der Verwendung eines Stempels von kleinerem Durchmesser als der Matrizenhohlraum. Dies ergibt, wie in Fig. 5B gezeigt, einen Stopfen 16" aus dem ersten Blech 1 mit einem kleineren Durchmesser als der Matrizenhohlraum 14 und, wie in Fig. 5C und 5D gezeigt, einen Materialsteg 20" zwischen dem zweiten Blech 3 und dem aus diesem ausgeformten Stopfen 17", welcher dicker und schwieriger abzuscheren ist als die Stege 20 und 20' gemäß den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsformen. Der Materialsteg 18" zwischen dem Stopfen 16" des ersten Bleches 1 und dem zweiten Blech 3 ist ebenfalls dicker und schafft damit eine feste re Verbindungsstelle 10".

Es ist aus dem vorstehenden zu ersehen, daß ein« Beziehung zwischen der Dicke der Stege 18 und 2!0 unc der Festigkeit der Verbindung besteht, jedoch auch wird die Abscherbarkeit vermindert und umgekehrt.

Es ist auch möglich, die Dicke der Stege 18 und 2( durch Vergrößerung des Radius der Vorderkante de.· Stempels zu erhöhen und umgekehrt. Daher kann dk Dicke des Materialsteges durch Einstellen des Stempel durchmesser im Verhältnis zum Durchmesser des Ma trizenhohlraumes oder durch Änderung des Radius dei Vorderkante des Stempels gesteuert werden.

Wenn es wünschenswert ist, eine größere Dicke de: Steges 18 bzw. 20 zu erzeugen, kann die Verminderung der Abücherfähigkeit etwas dadurch ausgeglichen werden, daß der erforderliche Stempelweg 11 erhöht wird Jedoch wird dadurch auch der Verschleiß und die Preß kraft des Stempels 11 und der Matrize 12 erhöht.

Beispiel

Das Verfahren zur Herstellung der Verbindung 10 gemäß der Erfindung wurde wie folgt angewendet:

Zwei Aluminiumbleche mit einem zwischen diesen eingebrachten Muster von Trennmaterial wurden durch Verwendung eines Stempels mit einem Durchmesser von 5,94 mm und einer Matrize mit einem Durchmesser des Hohlraumes von 6,02 mm miteinander befestigt. Die sich ergebenden Verbindungen sind in Fig. 3D dargestellt. Um eine Bewegung zwischen den Blechen vor dem Preßwalzschweißen zu verhindern ist es erforderlich, wenigstens zwei Verbindungen gemäß der Erfindung vorzusehen.

Wie in F i g. 6 dargestellt, werden vorzugsweise die Verbindungen 110 gemäß der Erfindung an gegenüberliegenden Ecken aufeinanderliegenden Bleche 1 und 3 zur Bildung des Rohlings 19 angebracht. Jedoch können auch nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie in F i g. 7 dargestellt, die Verbindungen an der gleichen Ecke der aufeinandergelegten Bleche angebracht sein. Ein größerer -\bstand zwischen den beiden Verbindungsstellen verhindert besser eine Relativbewegung zwischen den Blechen. Durch Anordnung der Verbindungen in der gleichen Ecke der aufeinanderliegenden Bleche ist aber eine größere Wirtschaftlichkeit in bezug auf Zeit und Aufwand bei der Durchführung des Verfahrens gegeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen einer ebenen Verbindung in einem Zuge zwischen wenigstens zwei Metallblechen, bei dem wenigstens ein Metallblech auf wenigstens ein weiteres Metallblech aufgelegt wird und vermittels Stempelwirkung ein erster Metallstopfen aus einem Abschnitt des ersten aufgelegten Bleches ausgepreßt wird, wobei ein weiterer Metallstopfen, der mit dem weiteren Blech durch einen durchgehenden Metallsteg verbunden bleibt, aus einem Abschnitt des weiteren Bleches ausgebildet wird indem durch Stempelwirkung des ersten Stopfens der wehere Stopfen ausgepreßt wird, und wobei der erste Metallstopfen in dem Abschnitt des weiteren Bleches eingebettet wird, aus dem der weitere Stopfen ausgepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Stempelwirkung auf das erste Blech herausgepreßte erste Stopfen mit dem ersten Blech durch einen durchgehenden Metallsteg verbunden bleibt, daß jeder weitere Stopfen im Abschnitt des nächsten Bleches eingebettet und daß der über die Blcchebene herausragende Teil des letzten Stopfens abgeschnitten wird.