-
-
Bezeichnung: Vorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier
-
Bauteile durch ein Schnitt-Umform-Verfahren Beschreibung: Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile, von denen mindestens
ein Bauteil aus einem unter Druck plastisch verformbaren Werkstoff besteht, bei
der in einem Gestell ein feststehender Schneidstempel, eine gegen den Schneidstempel
wirkende, verschiebbare Schneidhülse sowie ein in der Schneidhülse relativ zu dieser
und gegen den Schneidstempel bewegbarenNietstempel vorgesehen ist.
-
Derartige Vorrichtungen zum formschlüssigen Verbinden von metallischen
und nicht metallischen Materialien durch örtliches Trennen- sowie Kalt-Umformen
in einem Arbeitsgang (DIN 8593) sind grundsätzlich bekannt. Die sind hierzu bisher
verwendeten Vorrichtungenizum einen hinsichtlich der Steuerung des Bewegungsablaufes
der ein-
zelnen Werkzeuge konstruktiv sehr aufwendig und waren zum
anderen so ausgebildet, daß jede Vorrichtung einen eigenen Antrieb aufwies.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung
in ihrem Aufbau erheblich zu vereinfachen und zum anderen so auszugestalten, daß
die Vorrichtung in vorhandene Stanzen und Pressen mit einstellbarer Hubbegrenzung
einsetzbar ist, so daß nicht nur eine Vorrichtung allein, sondern auch mehrere Vorrichtungen
nebeneinander angeordnet werden können, die dann durch einen einzigen Pressenhub
betätigbar sind Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schneidhülse an einem im Gestell verschiebbaren
Schlitten befestigt ist, daß der Nietstempel an einem Stößel befestigt ist, der
im Schlitten verschiebbar gelagert ist und mit seinem freien Ende aus dem Gestell
herausragt, daß eine lösbare Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, durch die
Stößel und Schlitten während eines Teils des Arbeitshubes starr miteinander verbunden
sind und daß einstellbare Auslösemittel vorgesehen sind, durch die nach Erreichen
einer vorgegebenen Schnitt-Tiefe die Verriegelungseinrichtung gelöst wird, so daß
der Nietstempel sich allein weiterbewegt.
-
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die auf den Stößel
vom Stempel einer Presse oder Stanze eingeleitete Kraft geradlinig und ohne zwischengeschaltete
Obersetzungen am Werkstück wirksam wird, und zwar sowohl bei demzunächst erfolgenden
Schnitt, bei dem die mit dem Schlitten verbundene Schneidhülse durch den Stößel
gegen das Werkstück vorgeschoben wird, als auch beim anschliessenden Lösen der Verriegelung
zwischen Stößel und Schlitten, durch das der Nietstempel freigegeben wird und das
Material der zu verbindenden Bauteile durch den restlichen Arbeitshub gegen den
feststehenden Schneidstempel gepreßt und hierbei plastisch verformt wird Da zwischen
dem Pressenstempel als Krafterzeug# einerseits und der Spitze des Nietsternpels
andererseits keinerlei Übersetzungen vorhanden sind, entfallen auch alle schädlichen
Lagerspiele, so daß über die Hubbegrenzung der verwendeten Presse oder Stanze der
Arbeitshub sehr genau eingestellt werden kann. Da eine derartige Vorrichtung durch
den Wegfall zusätzlicher Hebelübersetzungen und dergleichen sehr schmal gebaut werden
kann, können mehrere Gestelle nebeneinander oder in jeder gewünschten Zuordnung
zueinander auf dem Pressen- oder Stanzentisch befestigt werden, deren Stößel durch
ein mit dem Pressenstempel zu verbindendes Querjoch gleichzeitig betätigt werden.
-
Innerhalb gewisser Toleranzen ist es darüberhinaus auch möglich, durch
höhenversetzte Anordnung derartiger Einzelvor-
richtungen bei entsprechender
Ausgestaltung des Querjochs nicht nur in einer Ebene, sondern in mehreren zueinander
parallelen Ebenen die miteinander zu verbindenden Materialien in einem Arbeitsgang
miteinander zu befestigen. Gerade für die Anordnung mehrerer Vorrichtungen auf einem
Pressen- oder Stanzentisch ist es von Vorteil, daß in Abhängigkeit von einer vorgebbaren
Schnitt-Tiefe die Verriegelungseinrichtung durch die Bewegung des Stößels selbst
gelöst wird, so daß hier ohne eine komplizierte Steuerung für die Bewegung des antreibenden
Pressenstempels die Aufeinanderfolge des Schnittvorganges und des Umformvorganges
ablaufen kann. Sind derartige Pressen in einer taktmäßig arbeitenden Fertigungsstraße
angeordnet, so läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in einfacher Weise auch
in eine taktweise arbeitende Fertigungsstraße einfügen.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Verriegelungseinrichtung wenigstens eine am Schlitten gelagerte Druckrolle und wenigstens
eine am Stößel drehbar gelagerte Kurvenscheibe aufweist, die auf der Druckrolle
abläuft und die eine nach außen weisenden Mitnehmerfinger aufweist, der während
des Arbeitshubes mit dem Auslösemittel in wirk#rerbindung; tritt. Eine derartige
Anordnung läßt sich praktisch spielfrei herstellen und wegen
ihres
einfachen Aufbaues auch so dimensionieren, daß sehr hohe Schnittkräfte übertragen
werden können.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Kurvenscheibe als Kreisscheibe ausgebildet ist, deren Rand an einer Stelle einen
nach innen gerichteten Rücksprung für die Druckrolle aufweist.
-
In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß das Auslösemittel durch einen quer zur Stößelachse im Gestell verschieb- und
feststellbaren Anschlag gebildet wird, an denen sich der Mitnehmerfinger der Kurvenscheibe
während des Arbeitshubes anlegt. Während der Gesamthub des Stößels durch den Hub
der die Vorrichtung betätigenden Presse oder Stanze bestimmt wird, läßt sich durch
diese Ausgestaltung in einfacher Weise die gewünschte Schnitt-Tiefe festlegen. Je
nachdem ob der Anschlag mit seinem freien Ende in kürzerer oder weiterer Entfernung
zur Stößelachse festgelegt ist, wird die Verriegelung zwischen Schneidhülse und
Nietstempel früher oder später gelöst und dementsprechend die zu verbindenden Teile
weniger oder mehr durch den in die Schneidhülse eindringenden Schneidstempel eingeschnitten.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, daß die
Kurvenscheibe einen Rückholfinger aufweist, der mit einem
gestellfesten
Anschlag beim Rückholhub in Wirkverbindung tritt. Hierdurch ist in einfacher Weise
dafür Sorge getragen, daß nach Beendigung des Arbeitshubes während der Rückholbewegung
die Schneidhülse über die Spitze des Nietstempels hinausgeschoben wird und gleichzeitig
Stößel und Schlitten wieder für den nächsten Arbeitshub miteinander verriegelt sind.
Die hierdurch bewirkte Zwangssteuerung der Verriegelung erlaubt zudem sehr kurze
Taktzeiten, so daß der für eine Fertigungsstraße geforderte automatische Ablauf
aller Funktionen auch hierfür sichergestellt ist.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß zwischen Stößel und Schlitten ein Federelement vorgesehen ist, durch das die
Druckrolle und die Kurvenscheibe in gegenseitiger Anlage gehalten werden. Durch
diese Anordnung wird nicht nur ein etwa noch vorhandenes, in Richtung des Arbeitshubes
wirksames Spiel zwischen Schlitten und Stößel ausgeschaltet, sondern außerdem dafür
Sorge getragen, daß unter Federdruck nach dem Lösen der Verriegelung die Schneidhülse
über den Nietstempel zurückgezogen wird und so den Nietstempel für den Verformungsvorgang
freigibt.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen,
daß der Stößel über Rückholfedern mit dem Gestell
verbunden ist.
Hierdurch ist gewährleistet, daß die gesamte Vorrichtung innerhalb kürzester Zeit
wieder arbeitsbereit ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine feste Ankoppelung
zwischen dem Stempel der die Vorrichtung betätigenden Presse und dem Stößel nicht
erforderlich ist, da der "Rückholhub" selbsttätig durch die Federn erfolgt und nicht
durch die betätigende Presse bewirkt werden muß.
-
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 in einer Aufsicht zwei miteinander verbundene
Bleche; Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt
gemäß der Linie Ill-Ill in Fig. 1; Fig. 4 eine Vorrichtung im Vertikalschnitt gemäß
der Linie IV-IV in Fig. 5; Fig. 5 einen Vertikalschnitt gemäß der Linie V-V in Fig.
4 In den Fig. 1, 2 und 3 ist zum besseren Verständnis der Ar-
beits-
und Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von zwei aufeinanderliegenden,
miteinander zu verbindenden Blechen das Prinzip der Verbindungstechnik erläutert.
Die beiden miteinander zu verbindenden Bleche, deren Oberfläche nicht sauber zu
sein braucht, sondern e i n e Zunderschicht, eine Lack-, Kunststoff- oder galvanische
Beschichtung aufweisen kann, werden aufeinander gelegt. Die miteinander zu verbindenden
Werkstoffpaarungen können unterschiedlich sein, wie beispielsweise Stahl mit Aluminium,
Kupfer, Messing oder Kunststoff. Die einzige Bedingung ist, daß sich wenigstens
einer der Werkstoffe unter Druck plastisch verformen läßt.
-
Die beiden aufeinanderliegenden Bleche 1, 2 werden an der Verbindungsstelle
durch einen in Richtung des Pfeiles A wirkenden Schneidstempel gegen eine entsprechende
Schneidhülse auf der anderen Seite der Blechlage gedrückt, so daß, wie aus der Aufsicht
in Fig. 1 ersichtlich, in beiden Ble-3 chen zwei parallel zueinander verlaufende
SchnitteSentstehen, die es ermöglichen, aus der Oberfläche des Bleches 2 das Material
in Form eines kleinen Steges herauszudrücken. Sobald dieser Schneidvorgang abgeschlossen
ist, bleibt der Schneidstempel in der vorgegebenen Position stehen und es wird von
der Seite der Schneidhülse her in Richtung des Pfeiles B
(Fig.
3) auf die herausgedrückten Stege ein Nietstempel aufgesetzt, so daß mit entsprechendem
Druck das Material im Bereich der beiden Stege zusammengepreßt wird. Da im Bereich
der durch die Stege gebildeten Vertiefung hierbei eine höhere Flächenpressung auftritt
als auf der Oberseite der Stege, wird das Stegmaterial des Bleches 1 durch plastische
Verformung zu beiden Seiten des Schnittes 3 im Blech 2 herausgedrückt. Dieser verformte
Materialanteil 4 wirkt daher wie ein Knopf in einem durch die Parallelschnitte 3
des Bleches 2 gebildeten Knopfloch , so daß beide Bleche fest miteinander formschlüssig
verbunden sind. Eine derartige Verbindungstechnik kann überall da angewendet werden,
wo derartige Eindrückungen zulässig sind, beispielsweise im Karrosseriebau, bei
der Herstellung von Luftschächten, Stahlmöbeln, Stahlschränke, Gehäusen oder dergleichen.
Die bisher bekannten Geräte waren jedoch so ausgelegt, daß jede Verknüpfung einzeln
hergestellt werden mußte. Mit der nachstehend näher beschriebenen erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist es jedoch möglich, mehrere derartiger Verknüpfungen gleichzeitig
durchzuführen, so daß diese an sich schon sehr vorteilhafte Verbindungstechnik noch
rationeller eingesetzt werden kann.
-
Das in Fig. 4 und 5 in einem Schnitt schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel
weist ein Gestell 5 auf, das mit nicht näher dargestellten Befestigungsmitteln auf
dem Tisch 6 einer
Presse oder Stanze befestigt werden kann. Das
Gestell weist eine Bodenplatte 7 auf, auf der ein vertikal ausgerichteter Schneidstempel
8 befestigt ist. Auf dem Schneidstempel ist im Bereich des freien Endes ein Auswerfer
9 verschiebbar auf einer Druckfederanordnung 10 gehalten, wobei die freie Oberkante
des Auswerfers 9 in der dargestellten Ausgangslage mit der Schneidkante des Schneidstempels
8 in einer Ebene liegt.
-
In axialer Verlängerung des Schneidstempels 8 ist im Gestell 5 ein
Schlitten11 geführt, mit dem eine dem Schneidstempel 8 zugeordnete, rohrförmige
Schneidhülse fest, jedoch auswechselbar verbunden ist. Der Schlitten 11 ist, wie
aus dem Schnitt in Fig. 5 ersichtlich, in etwa U-förmig ausgebildet.
-
Im Schlitten 11 ist ein Stößel 13 ebenfalls axial verschiebbar geführt,
an dessen unterem Ende ein Nietstempel 13'befestigt ist, der in die Schneidhülse
12 hineinragt.
-
Schlitten 11 und Stößel 13 sind so zueinander gehalten, daß an der
unteren Stirnseite des Stößels ein Zwischenraum 14 verbleibt, der eine Relativbewegung
zwischen Stößel und Schlitten um eben das Maß des Zwischenraums 14 gestattet, so
daß aus der dargestellten Ruhelage heraus der Nietstempel 13' durch die Schneidhülse
12 hindurchgeschoben werden kann
und die Schnittkante 15 der Schneidhülse
12 überragt.
-
Das obere, freie Ende des Stößels 13 ist durch eine Öffnung 16 im
Gestell 5 nach außen hindurchgeführt und kann so mit einer Kraft, hier dargestellt
durch den Pfeil 17, beaufschlagt werden. Ebenfalls am oberen Ende des Stößels 13,
jedoch noch innerhalb des Gehäuses, ist eine Traverse 18 fest mit diesem verbunden,
über die der Stößel auf als Druckfedern ausgebildeten Rückholfedern 19 am Gestell
5 abgestützt ist.
-
Das obere Ende des U- bzw. gabelförmig ausgebildeten Schlittens 13
ist mit eine Bohrung versehen, in der ein stark dimensionierter Bolzen 20 gehalten
ist. Im Bereich des Bolzens 20 weist der Stößel 13 eine entsprechende Ausnehmung
21 auf, so daß der Stößel 13 und der Schlitten 11 relativ zueinander verschiebbar
sind.
-
Oberhalb des Bolzens 20 ist der Stößel 13 seinerseits mit einem Bolzen
22 versehen, der parallel zum Bolzen 20 des Schlittens verläuft.
-
Auf dem Bolzen 20 sind zu beiden Seiten des Stößels 13 zwei Druckrollen
23 gelagert. Auf dem Bolzen 22 sind ebenfalls zu beiden Seiten des Stößels Kurvenscheiben
24 drehbar gelagert, die jeweils mit den Druckrollen 23
in Verbindung
stehen. Der Stößel 13 weist unterhalb des Bolzens 20 eine Ausnehmung 25 auf, in
der eine Druckfeder 26 angeordnet ist, die sich mit ihrem oberen Ende gegen den
Bolzen 20 abstützt, so daß die Kurvenscheiben 24 und die Druckrollen 23 gegeneinander
gedrückt werden und so in ständiger Anlage miteinander verbunden bleiben. Kurvenscheibe
und Druckrolle bilden die lösbare Verriegelungsvorrichtung.
-
Die Form der Kurvenscheibe 24 ist aus Fig. 4 näher ersichtlich. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Kurvenscheibe aus einer Kreisscheibe,
die in ihrem der Druckrolle 23 zugekehrten Bereich einen Rücksprung 27 aufweist,
der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines kreisförmigen Ausschnittes
aufweist, dessen Radius dem Radius der Druckrolle 23 entspricht. Auf der der Druckrolle
23 abgekehrten Seite weist die Kurvenscheibe 24 einen nach außen gerichteten Mitnehmerfinger
28 und auf der Druckrolle 23 zugekehrten Seite einen ebenfalls nach außen radial
gerichteten Rückholfinger 29 auf.
-
Dem Mitnehmerfinger 28 ist ein mit dem Gestell 5 verbundener Anschlag
30 zugeordnet. Der Anschlag 30 ist quer zum Stößel verschiebbar im Gestell gehalten
und mit einer Feineinstellung-und Feststellvorrichtung 31, beispielsweise in
Form
einer Mikrometerschraube oder dergleichen versehen.
-
Dem Rückholfinger 29 ist ein mit dem Gestell fest verbundener Anschlag
32 zugeordnet. Der verschiebbare Anschlag 30 und der gestellfeste Anschlag 32 sind
so zueinander angeordnet, daß sie in dem vom Mitnehmerfinger 28 einerseits und dem
vom Rückholfinger 29 andererseits begrenzten Umfangsraum liegen. Der Anschlag 30
bildet zusammen mit dem Mitnehmerfinger 28 das Auslösemittel.
-
Die Funktionsweise der Vorrichtung wird anhand von Fig. 4 näher erläutert.
Nach dem zwei miteinander zu verbindende Bauteile, beispielsweise zwei Bleche 1,
2, auf den Schneidstempel 8 aufgelegt worden sind, wird das obere Ende des Stößels
13 mit einer Druckkraft beaufschlagt. Hierdurch wird der Stößel 13, und da über
die Kurvenscheibe und die Druckrolle des Stößels 13 und der Schlitten 11 in Bezug
auf eine Druckkraft starr miteinander verriegeltsind, auch der Schlitten 11 in Richtung
auf den Schneidstempel 8 bewegt.
-
Bei diesem Vorgang stützt sich die Druckrolle 23 auf der Kurvenscheibe
24 auf deren äußeren Kreisumfang ab, so daß die Schneidhülse 12 mit ihrer Schneidkante
15 den Nietstempel 13' überragt. Im weiteren Verlaufe der Bewegung drückt der feststehende
Schneidstempel 8 mit seiner der Schneidhülse 12 angepaßten Schneidkante beide Bleche
in die Schneidhülse herein und formt hierbei, wie anhand von Fig. 2 dargestellt,
zwei auf der Oberfläche heraustretenden Stege aus. Bei dieser
Bewegung
kommt der Mitnehmerfinger 28 an der Vorderkante 33 des Anschlages 30 zur Anlage,
so daß die Kurvenscheibe 24 im weiteren Verlaufe der Abwärtsbewegung in Richtung
des Pfeiles 34 verdreht wird. Gleichzeitig. entfernt sich jedoch der Rückholfinger
29 vom starren Anschlag 32, so daß hier ein entsprechender Freiraum vorhanden ist.
Da die Kurvenscheibe 24 in dem durch die beiden Anschläge 30 und 32 vorgegebenen
Freiraum frei drehbar ist, springt unter dem Druck der Feder 26 die Rolle 23 in
den Rücksprung 27 der Kurvenscheibe 24 ein, sobald die der Druckrolle 23 zugekehrte
Vorderkante des Rücksprunges 27 mit dem Auflagepunkt zwischen Druckrolle und Kurvenscheibe
übereinstimmt bzw. überschritten wird. Hierdurch wird gleichzeitig die Schneidhülse
12 gegenüber dem Stempel 13' zurückgezogen, so daß dieser die Schnittkante der Schneidhülse
überragt.
-
Der Stößel 13 wird nunmehr über ein vorgegebenes Maß weiter bewegt,
so daß die aus dem Material herausgeschnittenen Stege gegen den Widerstand des Schneidstempels
zusammengepreßt werden, so daß entsprechend des anhand von Fig. 3 erläuterten Vorgangs
durch eine plastische Verformung das Material der Platte 2 seitlich aus den Schnitten
3 heraustreten kann. Der Gesamtweg des Stößels 13 wird hierbei über den Hub des
nicht näher dargestellten Kraftmittels vorgegeben, so daß nach Erreichen der vorgegebenen
untersten Stellung des Stößels 13 dieser kraftentlastet wird und unter dem Ein-
fluß
der Rückholfedern 19 nach oben gedrückt wird.
-
Beim Rückholhub gelangt der Rückholfinger 29 am festen Anschlag 33
zur Anlage, so daß nunmehr die Kurvenscheibe 24 entgegen dem Pfeil 34 verdreht wird
und hierbei gegen den Druck der Feder 26 die Druckrolle 23 aus dem Rücksprung 27
herausgedrückt wird und wieder auf dem Außenumfang der Kurvenscheibe 24 verläuft,
bis die Aufwärtsbewegung des Stößels 13 beendet ist. Beim Anheben des Stößels wird
gleichzeitig du#rch die Druckfedern 10 der Auswerfer 9 nach oben geschoben und so
die beiden miteinander verknüften Bauteile 1, 2 abgehoben, so daß sie frei herausgenommen
bzw. für den nächsten Verknüpfungsvorgang verschoben werden können.
-
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann nun an ihrem oberen Ende
mit einem nicht näher dargestellten pneumatisch oder hydraulisch wirkenden Druckkolben
verbunden werden, durch den die erforderliche Kraft in den Stößel eingeleitet wird.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch eine kompakte, in sich abgeschlossene
Baueinheit darstellt, kann sie mit Vorteil auch auf dem Tisch einer Presse oder
Stanze montiert werden, so daß mit dem Pressen- bzw. Stanzenstempel der Stößel der
Vorrichtung mit der erforderlichen Kraft zu:Durchführung des Arbeitshubes und des
anschließenden "Nietvorganges"
beaufschlagt werden kann. Einzige
Voraussetzung ist, daß die verwendete Presse oder Stanze Einstelleinrichtungen zur
Hubbegrenzung aufweist. Die Kompakt-Bauweise gestattet es ferner, mehrere Vorrichtungen
gleichzeitig in Reihe, in der Ebene versetzt zueinander und/oder in unterschiedlichen
Ebenen versetzt zueinander anzuordnen, so daß mit nur einem einzigen Hub des Pressenstempels
gleichzeitig mehrere Verbindungen durchgeführt werden können. Hierzu ist es je nach
Abstand der Vorrichtungen voneinander lediglich erforderlich, den Pressenstempel
mit einem entsprechenden Querjoch zu versehen, durch das gewährleistet ist, daß
alle Stößel in etwa gleichzeitig mit der erforderlichen Kraft beaufschlagt werden.
Um etwaige Ungenauigkeiten im Bereich des Querjoches ausgleichen zu können, ist
der Schneidstempel 8 zweckmäßigerweise so mit dem Gestell verbunden, daß er in seiner
Höhe gegenüber der Ebene des Pressentisches einstellbar ist, um zu gewährleisten,
daß auch bei einer Mehrfach-Anordnung derartiger Vorrichtungen alle Verbindungsstellen
in ihrer Restmaterial-Stärke gleichmäßig ausfallen. Gerade die Mehrfach-Anordnung
ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sie es gestattet, beispielsweise an einem
gemeinsamen, durchlaufenden ersten Bauteil nebeneinander mehrere voneinander unabhängige
Bauteile mit einem Arbeitshub zu befestigen, so daß umständliche Wende- und Ausrichtarbeiten
entfallen.
-
Leerseite