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Vorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier dünnwandiger Bauteile
durch Stanznocken Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 genannten und durch die DE-AS 21 40 930 bekanntgewordenen
Art.
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Bei der bekannten Vorrichtung werden die ausgestanzten Ausschnitte
von zwei zu verbindenden Blechteilen außerhalb des Schneid-Formgesenks mittels den
hierfür unterschiedlich stark gekrümmten Stirnflächen von Planierstempel und Formstempel
durch Strecken der Blechteilausschnitte parallel zur Blechebene vergrößert; schließlich
werden diese von dem im Schneid-Formgesenk längs verschiebbaren Planierstempel gegen
die zugewandte Außenfläche eines Blechteils gedrückt und dabei etwas verbogen. Um
dies durchführen zu können ist es erforderlich, daß der Planierstempel und das Schneid-Formgesenk
jeweils unabhängig voneinander höhenmäßig verlagerbar sind. Aufgrund dessen ist
die bekannte Vorrichtung in eine mit einer Steuereinrichtung versehene doppelt wirkende
Presse eingesetzt, wobei mittels der Steuereinrichtung ein dem Planierstempel auSnehmender
Stößel und ein weiterer, das Schneid-Formgesenk haltender Stößel unabhängig voneinander
betätigbar sind.
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Eine doppelt wirkende Presse ist jedoch nicht nur erheblich teuerer
als eine einfach wirkende Presse, sondern auch im Betriebseinsatz wesentlich störanfälliger
als
diese. Schließlich ist die Vorrichtung insgesamt verhältnismäßig
kompliziert ausgebildet und daher teuer herzustellen.
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Eine ferner in der DE-OS 28 52 909 offenbarte Vorrichtung zum Verbinden
dünnwandiger Bauteile weist ein Aufnahmegestell mit einem höhenverschiebbaren Stößel
auf, der über eine lösbare Verriegelungseinrichtung mit einem Schlitten in Druckverbindung
steht, wobei die Verriegelungseinrichtung aus zwei, jeweils mit ortsfesten Anschlägen
zusammenwirkenden, sowie eine Radialausnehmung aufweisenden Kurvenscheiben und zwei
Druckrollen besteht. An der untenliegenden Stirnseite des Schlittens ist über eine
Aufnahme-und Druckplatte eine Schneidhülse angebracht, in deren Axialbohrung ein
an der Stößelunterseite befestigter Nietstempel längs verschiebbar ist. Auf einem
von einer Bodenplatte des Aufnahmegestells nach oben abstehenden Schneidstempel
werden die dünnwandigen Bauteile zum Verbinden aufgelegt und daraufhin der Stößel
durch Druckbeaufschlagung abwärts bewegt, wobei zunächst unter Zusammenwirken von
Schneidstempel und Schneidhülse ein Stanznocken ausgeformt und schließlich dessen
an der obenliegendeAußenseite des obenliegenden Bauteils ausgeprägtes Material vom
Nietstempel breitgedrückt wird. Dabei führen die Kurvenscheiben durch Anschiagbetätigung
eine Winkeldrehung aus, durch die - bis zur Anlage der Druckrollen in den Radialausnehmungen
der Kurvenscheiben -Stößel und Schlitten und somit Nietstempel und Schneidhülse
relativ gegeneinander verschoben werden. Diese, zwar durch eine einfachwirkende
Presse betätigbare Vorrichtung ist nicht nur sehr bauaufwendig gestaltet, sondern
für ein einwandfreies Funktionieren der Verriegelungseinrichtung sind auch sehr
arbeitsintensive und damit teuere Paßarbeiten erforderlich; darüber hinaus ist eine
einwandfreie Funktion der Verriegelungseinrichtung nach längerem Betriebseinsatz
durch Materialabnutzung in Frage gestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung derart auszubilden, daß sie mit geringem fertigungsmäßigem Aufwand
herzustellen und selbst nach langer Einsatzdauer funktionssicher im Betriebseinsatz
ist, ferner vergleichsweise wenig Einzelteile aufweist und darüber hinaus durch
eine einfach wirkende Presse betätigbar ist.
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Zur Lösung der Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 dargelegten Gestaltungsmerkmale vorgesehen.
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Durch die Längsteilung des Schneid-Formgesenks können sich dessen
Längsteile bei Ausbildung der parallel zur Blechebene verlaufenden Vergrößerung
der ausgestanzten Ausschnitte entgegen einer Federkraft radial ausweiten, so daß
hierdurch radialer Raum für die Vergrößerung der ausgestanzten Ausschnitte geschaffen
wird. Dabei wird jedoch der Planierstempel vom Tragteil gehalten (Merkmal des Patentanspruchs
7).
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Die Schneid-Formgesenkhälften mit Hilfe von Federstahlringen zusammenzuspannen
(Merkmal des Patentanspruchs 5) ist eine sehr preisgünstig vorzusehende Einrichtung.
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Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vergleichsweise räumlich
sehr gedrungen ausgebildet und weist wenige, verhältnismäßig einfach herstellbare
Einzelteile auf.
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Durch Anordnen des Schneid-Formgesenks in einem Aufnahmeunterteil
(Merkmal des Patentanspruchs 6) bzw. des Formstempels in einem Aufnahmeoberteil
(Merkmal des Patentanspruchs 11) wird die räumliche Gedrungenheit der Vorrichtung
weiter gefördert und es ermöglicht, daß diese auch in eine Betätigungszange eingesetzt
werden kann. Hierdurch ist die Vorrichtung auch ortsungebunden und an schwer zugänglichen
Stellen verwendbar. Da der Planierstempel
durch Federkraft von einer
Verformungslage in eine Auswerferlage bewegt wird (Merkmal des Patentanspruchs 9),
wird der Stanznocken nach seiner Ausformung aus dem Schneid-Formgesenk nach oben
verlagert, so daß die miteinander verbundenen dünnwandigen Bauteile mühelos weiterbewegt
werden können.
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Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind in anderen Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein mit dem Schneid-Formgesenk
versehenes Aufnahmeunterteil im Längsschnitt bei sich in Verformungslage befindendem
Planierstempel, Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1 im "Halbschnitt" mit sich in
Auswerferlage befindendem Planierstempel, Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 1, Fig.
4 ein Aufnahmeoberteil mit Formstempel, Fig. 5 eine Seitenansicht zu Fig. 4, Fig.
6 eine Ansicht in Pfeilrichtung A von Fig. 5 in größerem Maßstab, Fig. 7 die erfindungsgemäße
Verbindung zweier dünnwandiger Bauteile bei sich in Verformungslage befindendem
Planierstempel und zugeordnetem Formstempel in größerem Maßstab, 9 8 eine Draufsicht
zu Fig. 7 jedoch ohne Formstempel,
Fig. 9 einen Schnitt längs der
Linie IX-IX in Fig. 7.
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Eine in der Fig. 1 bis 5 gezeigte Vorrichtung 1 - welche ein jeweils
mit Einzelteilen versehenes Aufnahmeoberteil 2 und ein Aufnahmeunterteil 3 aufweist
- dient zum formschlüssigen Verbinden zweier dünnwandiger Bauteile, nämlich einem
ersten Bauteil 4 und einem zweiten Bauteil 5 durch einen Stanznocken 6 (Fig. 7 bis
9). Dabei können die dünnwandigen Bauteile 4, 5 aus Stahl, NE-Metallen oder Kunststoff
bestehen, wobei auch eine Verbindung von aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehenden
Bauteilen 4, 5 möglich ist; es muß jedoch mindestens eine Bauteil, nämlich das erste,
einem Formstempel 31 zugewandten Bauteil 4 aus einem Material bestehen, das unter
Druckeinwirkung plastisch verformt werden kann. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
bestehen beide Bauteile 4 und 5 aus Stahlblech.
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Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, weist das Aufnahmeunterteil 3 der Vorrichtung
1 ein zylinderförmiges Schneid-Formgesenk 8 auf, das bei durch seine LängsmittelachseeMverlauSender
Teilungsebene a längsgeteilt ausgebildet ist, so daß die Schneid-Formgesenkhälften
8', 8" gebildet sind. Diese sind von einem Tragteil 9 gehalten, das drehfest in
eine zylindrische Ausnehmung 10 des Aufnahmeunterteils 3 eingesetzt ist. Zur Verbindung
von Schneid-Formgesenk 8 und Tragteil 9 ist letzteres an seinem obenliegenden Endabschnitt
mit einem radial gerichteten Ringflansch 11 versehen, der derart in eine zugeordnete
ringnutartige Ausnehmung 12 der Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" eingreift, das
zwischen seinen Kreisringflächen und den zugewandten Stirnflächen der ringnutartigen
Ausnehmung 12 jeweils ein Axialspiel beseht; ferner ist zwischen dem Umfangsmantel
des Ringflansches 11 und der zugekehrten Wandung der ringnutartigen Ausnehmung 12
ein Radialspiel vorhanden. Das Tragteil 9 ist mittig von einer Aufnahmebohrung 13
durchsetzt, in
der sich längs verschiebbar ein Planierstempel 14
mit kreisförmigem Querschnittsprofil befindet. Zu diesem fluchtend sind die Schneid-Formgesenkhälften
8', 8" jeweils mit halbkreisförmigen Axialausnehmungen 15 versehen, deren Radius
dem Radius des Planierstempels 14 entspricht und an die sich eine in die ringnutartige
Ausnehmung 12 übergehende radiale Erweiterung 15' anschließt.
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Die Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" werden durch die Eigenspannung
von dreifihren Außenumfang an ihrem obenliegenden Endabschnitt umfassende Federstahlringe
16 aneinander gepresst, die jeweils ein Umfangslücke 16' haben. Wie Fig. 3 zeigt,
sind diese an der durch die Teilungsebene a gebildeten Trennfuge der Schneid-Formgesenkhälften
8', 8" angeordnet, so daß sich diese im Betriebseinsatz der Vorrichtung 1 - wie
noch erläutert wird - problemlos radial voneinander weg verlagern können. Ferner
sind in den Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" zwei diametral gegenüberliegende, nach
oben zu ihrer Schneidfläche 8"' hin offene Formausnehmungen 17 ausgebildet, die
in Draufsicht (Fig. 3) bei aneinander liegenden Schneid-Formgesenkhälften 8', 8"
drei etwa gleich lange Umfangsseiten aufweisen und zur Axialausnehmung 15 hin offen
sind. Die Teilungsebene a verläuft dabei durch die Längsmitte der sich quer zu den
parallel laufenden Umfangsseiten erstreckenden Umfangsseite 17' der beiden Formausnehmungen
17. In Fig. 2 ist zu ersehen, daß der Grund 17" der Formausnehmungen 17 in einem
Längsschnitt zur Schneidfläche 8"' hin bogenförmig verläuft, wobei sich die tiefstliegende
Stelle an der Axialausnehmung 15 befindet.
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Der radial gerichtete Ringflansch 11 des Tragteils 9 ist von einer
Umfangsnut 18 begrenzt, in die ein an jeder Schneid-Formgesenkhälfte 8', 8" vorgesehener,
radialer Vorsprung 18' eingreift. Dabei wird dessen halbkreisförmig ausgebildete,
entsprechend dem Radius der Umfangsnut 18
bemessene Ausnehmung
18" durch die Wirkung der den Außenmantel der Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" umfassenden
Federstahlringe 16 an die zugekehrte Umfangsnut 18 angepresst, während die Schneid-Formgesenkhälfte
8', 8" in ihrer Ruhelage an ihrem obenliegenden Endabschnitt aneinander anliegen.
An den unten liegenden- Stirnseiten 23 der Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" ist
jeweils eine Absehrägung 19 vorgesehen, die mit der Teilungsebene a einen Winkel
von jeweils etwa 750 einschließen und - wie in Fig.
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1 dargestellt - so verlaufen, daß sie mit der Wandung der halbkreisförmigen
Ausnehmung 18" des radialen Vorsprungs 18' an deren radial tiefstliegenden Stelle
eine spitzwinklige Eckkante bilden; dabei verlaufen die untenliegenden Stirnseiten
23 der Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" im Bereich der diamentral gegenüberliegenden
freien Enden der Ausnehmung 18" rechtwinklig zur Teilungsebene a. Uber ihre untenliegenden
Stirnseiten 23 sitzen die Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" auf einer Stützschulter
9' des Tragteils 9 auf, wobei die Abschrägungen 19 ein ungehindertes radiales Aufweiten
der Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" an ihrem obenliegenden Endabschnitt gewährleisten.
Zur Verdrehsicherung des Schneid-Formgesenks 8 ist in das Tragteil 9 nahe seinem
Außenumfang ein über die Stützschulter 9' hinausragender und achsparallel zur Aufnahmebohrung
13 verlaufender Fixierstift 20 eingesetzt, der in eine an der untenliegenden Stirnseite
23 der Schneid-Formgesenkhälfte 8' ausgebildete und in einem Winkel von 900 zur
Teilungsebene a - der durch die Längsmittelachse/verläuft - angeordnete Nut 21 eingreift.
Da die Schneid-Formgesenkhälften 8', 8" von den Sprengringen 16 umfaßt sind, also
von diesen längs der Teilungsebene a aneinander gepreßt werden, wird dabei zwangsläufig
auch die Schneid-Formgesenkhälfte 8" gegen Verdrehen gesichert. Um beim Erzeugen
des Stanznocken 6 unschön wirkende Abdrücke am Bauteil 5 zu vermeiden oder solche
zumindest so klein wie möglich zu halten, ist die Schneidfläche 8"' des Schneid-Formgesenks
8
beideseits des Planierstempels 14 mit abwärtsverlaufenden Abschrägungen 22 versehen,
deren Kanten 22' sich parallel zur Teilungsebene a erstrecken.
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Der Planierstempel 14 hat an seinem untenliegenden Endbereich einen
Ringbund 24, der mit Radialspiel in einem sowohl im Aufnahmeunterteil 3 als auch
an der Unterseite des Tragteils 9 vorgesehenen, zylinderförmigen Hohlraum 25 angeordnet
ist, auf dessen Boden 25' eine aus gehärtetem Stahl bestehende Druckplatte 26 aufliegt.
Eine den untenliegenden Endabschnitt des Planierstempels 14 umgebende Druckfeder
27 stützt sich einerseits gegen die Druckplatte 26 und andererseits gegen die untenliegende
Stirnfläche 24' des Ringbundes 24 ab; anstelle der Druckfeder 27 können auch Tellerfedern
oder ein ähnlicher Federspeicher vorgesehen werden. Die Längserstreckung des Planierstempels
14 ist derart bemessen, daß wenn er sich in der in Fig. 1 dargestellten Verformungslage
befindet - in der seine untenliegende Stirnseite 14' auf der Druckplatte 26 aufsitzt
und in die er gegen die Wirkung der Druckfeder 27 verlagert wird - seine obenliegende,
senkrecht zu seiner Länfi3sachse verlaufende Stirnseite 14" um ein definiertes,
im folgenden näher erläutertes Maß b unterhalb der Schneidfläche 8''' des Schneid-Formgesenks
8 liegt. Nach Erzeugung des Stanznocken 6 wird der Planierstempel 14 durch die Wirkung
der Druckfeder 27 in die in Fig. 2 veranschaulichte Auswerferlage verlagert, wobei
die obenliegende Stirnfläche 24" seines Ringbundes 24 an der zugewandten Stirnwand
des Hohlraums 25 anliegt, während seine obenliegende Stirnfläche 14" auf Höhe der
Schneidfläche 8''' des Schneid-Formgesenks 8 liegt.
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Wie die Fig. 4 und C) zeigen, ist in das Aufnahmeoberteil 2 ii 1:1
t cha f't (1 ingesetzt, iii dessen Unterseite ein Formatempel 81 ausgebildet ist.
Dieser hat einen mit dem
Planierstempel 14 fluchtenden mittigen
Schneidteil 32, dessen freie Stirnseite eine Schneidfläche 32' bildet, deren Radius
dem Radius des Planierstempels 14 entspricht.
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Von der Schneidfläche 32' stehen radial zwei, den Formausnehmungen
17 im Schneid-Formgesenk 8 zugeordnete Prä,gestege 33 ab (Fig. 6), deren konvex
ausgebildete Außenform der konkaven Form der Formausnehmungen 17 entspricht. Die
Höhenerstreckung des von der freien Stirnseite 30' des Halteschaftes 30 abstehenden
mittigen Schneidteils 32 ist gleich oder auch größer als die Gesamtdicke der mittels
der Vorrichtung 1 zu verbindenden Bauteile 4 und 5. Selbstverständlich kann der
Halteschaft 30 - dessen Durchmesser etwas größer ist als die größte Breite des Formstempels
31 - auch von diesem vollständig durchsetzt sein, so daß sich ein solcher Formstempel
31 am Aufnahmeoberteil 2 abstützt.
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Der Formstempel 31 kann auch mit mehr als zwei, üblicherweise in gleichgroßem
Winkelabstand voneinander angeordneten Prägestegen 33 - bei einer entsprechenden
Anzahl von zugeordneten Formausnehmungen 17 - versehen sein Die Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist folgende: Wie in Fig. 7 ersichtlich, wird das
zweite Bauteil 5 auf das beim Preßvorgang in eine Presse über das Aufnahmeunterteil
3 starr eingesetzte Schneid-Formgesenk 8 gelegt, während gegen das auf ihm liegende
erste Bauteil 4 der Formstempel 31 wirkt. Dieser wird bei einem Pressenhub über
das AufnahmeoberteilZabwärts bewegt, wodurch von der Schneidfläche 32' seines mittigen
Schneidteils 32 bei gegen das Schneid-Formgesenk 8 wirkendem Preßdruck die beiden
Bauteile 4, 5 an gegenüberliegenden Umfangsabschnitten 6' des Stanznocken 6 durchgetrennt
werden. Dabei wird ein zwischen den Umfangsabsehnitten 6' und im Mittelbereich des
Stanznocken 6 liegender, hierbei erzeugter
Ausschnitt 6?? des ersten
Bauteils 4 samt dem unter ihm liegenden, gleichförmigen Ausschnitt 6" des zweiten
Bauteils 5 soweit durchgedrückt, bis seine an der Schneidfläche 32' des Formstempels
31 anliegende Außenfläche auf Höhe der dem Schneid-Formgesenk 8 zugewandten Außenfläche
des zweiten Bauteils 5 liegt. Die übereinander liegenden Ausschnitte 6" der Bauteile
4 und 5 werden von den radial von ihnen abstehenden, einander gegenüberliegenden
Ausbuchtungen 34 gehalten, die mit Erzeugung der Ausschnitte 6" in den Formausnehmungen
17 des Schneid-Formgesenks 8 unter Einwirkung der Prägestege 33 ausgeformt werden.
Die Größe des definierten Maßes b - also der Abstand zwischen der Schneidfläche
8"' des Schneid-Formgesenks 8 und der oben liegenden Stirnseite 14" des hierbei
von der Auswerferlage in die Verformungslage verlagerten Planierstempels 14 - ist
so bemessen, daß die Dicke D der beiden ausgestanzten Ausschnitte 6" des Stanznocken
6 beim schließlich erfolgenden Gegeneinanderpressen von Planierstempel 14 und Formstempel
31 nur noch etwa zwei Drittel der Gesamtdicke von Bauteil 4 und 5 beträgt. Durch
diese Stauchung, also plastische Verformung der Bauteile 4, 5 werden die Ausschnitte
6" parallel zur Bauteilebene vergrößert, so daß an der dem Schneid-Formgesenk 8
zugewandten Außenseite des zweiten Bauteils 5 ein längs jedem Umfangsabschnitt 6'
verlaufender Stauchrand 6"' entsteht, der um ein Maß c über die beim Durchstanzen
gebildeten Umfangsabschnitte 6' hinausragt. Da die Schneid-Formgesenkhälften 8',
8" durch die Federstahlringe 16 aneinandergepreßt werden, ist gewährleistet, daß.sie
sich während des Stauchvorgangs an ihren obenliegenden Endabschnitten gegen die
Wirkung der Federstahlringe 16 radial voneinander weg nach außen verlagern (Pfeilrichtung
e) und sich damit die Stauchränder 6"' ungehindert ausbilden können; dabei entsteht
längs der Teil.ungsebene a der Schneid-Formgesenkhälften '3', 4" ii i - {ii; . 7
er ichti ich - zwischen der Wandung der Axialausnehmung 15
und
dem Planierstempel 14 ein keilförmiger, sich nach unten verjüngender Luftspalt.
Wenn die Höhenerstreckung des mittigen Schneidteils 32 des Formstempels 31 der Gesamtdicke
der Bauteile 4 und 5 entspricht, drückt bei Erzeugung des Stanznocken 6 die freie
Stirnseite 30' des Halteschaftes 30 gegen die obenliegende Außenseite des Bauteils
4, wodurch an diesem eine Faltenbildung oder dergleichen vermieden wird. Nach Erzeugung
des Stanznocken 6 wird das Aufnahmeoberteil 2 durch einen aufwärts gerichteten Preßhub
nach oben verlagert, während gleichzeitig der Planierstempel 14 durch die Wirkung
der Druckfeder 27 in seine Auswerferlager (Fig. 2) bewegt und damit der Stanznocken
6 aus dem Schneid-Formgesenk 8 heraus verlagert wird, so daß die miteinander verbundenen
Bauteile 4 und 5 mühelos weiterbewegt werden können. Schließlich werden die Schneid-Formgesenkhälften
8', 8" durch die Wirkung der Federstahlringe 16 wieder aneinandergepreßt.
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Da der Ausschnitt 6" des ersten Bauteils 4 über seine Stauchränder
6"' das zweite Bauteil 5 längs dessen Umfangsabschnitte 6' untergreift (daher muß
mindestens das erste Bauteil 4 aus plastisch verformbarem Material bestehenj und
er ferner beim Stauchvorgang vom Planierstempel 14 an die zugewandte Unterseite
des zweiten Bauteils 5 angepreßt wird, sind die beiden Bauteile 4 und 5 im Bereich
des Stanznocken 6 formschlüssig und dauerhaft verriegelt. Die Bauteile 4 und 5 können
natürlich durch eine Vielzahl von Stanznocken 6 miteinander verbunden werden.