DE4432639C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden zweier oder mehrerer Blechlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zum Verbinden zweier oder mehrerer Blechlagen mittels Durchsetzfügen sowie eine Vor­ richtung zur Duchführung des Verfahrens.

Aus der DE 44 00 185 A1 ist ein solches Verfahren mit den Teil­ vorgängen Einschneiden und Ausbiegen, Quetschen der nicht ausgebogenen Schnittränder und Dichtwalzen im Bereich der ausgebogenen Streifen bekannt. Mit diesem Verfahren kann das sogenannte Durchsetzfügen grundsätzlich durchgeführt werden, jedoch haben die erzielten Fügestellen keine besonders große Haltefähigkeit.

Durch die Erfindung soll dieses bekannte Verfahren derart verbessert werden, daß die Haltekraft der Fügestellen wesentlich erhöht wird. Weiterhin soll eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 durch das zusätzliche Stauchen der ausgeschnittenen und ausgebogenen Streifen vor dem Dichtwalzen der Fügestellen in außerordentlich wirksamer und wenig aufwendiger Weise gelöst. Es wird nämlich dabei nicht nur, wie beim bekannten Verfahren, der durch das Schneiden und Ausbiegen der Streifen entstandene Zwischenraum zwischen den stehengebliebenen Schnittkanten verschmälert, sondern zusätzlich der ausgeschnittene und ausgebogene Streifen selbst verbreitert. Dadurch ist die beim anschließenden Dichtwalzen erreichte Haltekraft der Fügestellen entscheidend vergrößert, da die Überlappungsbreite der aufeinandergepreßten Teile wesentlich größer ist.

Aus EP 02 84 902 A2 ist es ferner bekannt, durch Ausübung besonders hoher Drücke mehrere Blechlagen im Bereich der Fügestellen praktisch ineinanderzuquetschen, so daß eine Verbreiterung des ausgestülpten Bereichs der einen Blechlage in einer entsprechenden Ausnehmung der anderen Blechlage verankert wird. Im Vergleich hierzu erfordert das Stauchen und das dadurch erreichte Verbreitern der ausgeschnittenen und ausgebogenen Streifen beim erfindungsgemäßen Verfahren keinen größeren Kraftaufwand als das Quetschen der stehen­ gebliebenen Schnittränder. Zudem ist die Vorrichtung zur Durch­ führung d es aus EP 02 84 902 A2 bekannten Verfahrens stationär und läßt sich wegen der erforderlichen hohen Drücke nicht ohne weiteres auf Bearbeitungsrollenpaare übertragen, die im Zuge einer Bearbeitungsstraße eingesetzt werden können.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird die Erfindungsaufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst. Der Patentanspruch 3 betrifft eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Anhand der Figuren wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer aus drei auf­ einanderfolgenden Paaren von Bearbeitungsrollen bestehenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von vorne,

Fig. 2 eine schematische Rückansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilausschnitt aus dem ersten Rollenpaar gemäß Fig. 1,

Fig. 4a einen Schnitt längs der Linie IVa-IVa in Fig. 4,

Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden Ausschnitt aus einem weiteren, wahlweise zwischen dem ersten und zweiten Rollenpaar gemäß Fig. 1 angeordneten Rollenpaar,

Fig. 5a einen Schnitt längs der Linie Va-Va in Fig. 5,

Fig. 6 einen der Fig. 4 entsprechenden Ausschnitt aus dem zweiten Rollenpaar gemäß Fig. 1,

Fig. 6a einen Schnitt längs der Linie VIa-VIa in Fig. 6,

Fig. 7 einen der Fig. 4 entsprechenden Ausschnitt aus dem dritten Rollenpaar gemäß Fig. 1, und

Fig. 7a einen Schnitt längs der Linie VIIa-VIIa in Fig. 7.

Bei der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Vorrichtung sind drei aufeinanderfolgende Bearbeitungsstati­ onen vorgesehen, und zwar eine erste Bearbeitungsstation A, eine mittlere Bearbeitungsstation C und eine letzte Bearbei­ tungsstation D. In jeder Bearbeitungsstation A, B, C ist ein Paar von zusammenwirkenden Bearbeitungsrollen vorgesehen, wobei in den Fig. 1 und 2 zur Erläuterung des Prinzips der Arbeitsweise nahezu alle übrigen Teile der Vorrichtung weggelassen sind. Jedes Arbeitsrollenpaar besteht aus einer oberen Bearbei­ tungsrolle 10 (Bearbeitungsstation A), 12 (Bearbeitungssta­ tion C) bzw. 14 (Bearbeitungsstation D) sowie einer damit zusammenwirkenden unteren Bearbeitungsrolle 16 (Bearbeitungs­ station A), 18 (Bearbeitungsstation C) bzw. 20 (Bearbeitungs­ station D). Alle Bearbeitungsrollen 10, 16; 12, 18; 14, 20 drehen sich bei Betrieb der Vorrichtung in Richtung der eingezeichneten Pfeile 22. Zwischen den Klemmstellen der Bearbeitungsrollenpaare 10, 16; 12, 18 und 14, 20 schiebt sich in Richtung der Pfeile 24 kontinuierlich eine dreilagige Blechbahn 26 durch. Sie wird durch die Bearbeitungsrollenpaare 10, 16; 12, 18; 14, 20 in einer weiter unten im einzel­ nen zu beschreibenden Weise derart bearbeitet, daß die ein­ zelnen Blechlagen der Bahn 26 scher- und kopfzugfest sowie luftdicht miteinander verbunden werden.

In Fig. 2 ist zur Vereinfachung die Bahn 26 weggelassen. Der Transport der Bahn 26 im Sinn der Pfeile 24 gemäß Fig. 1 erfolgt über die beiden in einer weiter unten zu erläutern­ den Weise mit Nocken versehenen Bearbeitungsrollen 16 und 18 (Bearbeitungsstationen A und C), die über je ein Zahnrad 28 bzw. 30 und ein nicht gezeigtes, mit diesen Zahnrädern 28, 30 in Verbindung stehendes gemeinsames Getriebe synchron angetrie­ ben werden.

Aus Fig. 3 ist der Aufbau des Arbeitsrollenpaares 10, 16 der Bearbeitungsstation A im einzelnen zu sehen, wobei der Aufbau der übrigen Bearbeitungsrollen ähnlich ist. Die weiter unten näher erläuterten Bearbeitungsrollen 10 und 16 wirken längs ihrer Klemmstelle 32 von beiden Seiten auf die Blechlagenbahn 26 unter Druckausübung ein. Sie drehen sich dabei um die Längsachsen 34 bzw. 36 und sind jeweils auf einer starken Welle 38 bzw. 40 befestigt. Die Wellen 38, 40 sind über Druckkugellager 42, 44 bzw. 46, 48 drehbar auf einem allgemein mit 50 bezeichneten Gestell gelagert. Ferner sind auf den Wellen 38 bzw. 40 je ein Antriebszahnrad 29 bzw. 31 befestigt, die jeweils mit den Zahnrädern 28 bzw. 30 kämmen.

Zwischen der ersten Bearbeitungsstation A und der mittleren Bearbeitungsstation C kann bei einer weiteren Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellte, jedoch aus den Fig. 5 und 5a ersichtliche weitere Bearbeitungsstation B eingeschaltet sein.

Im folgenden wird nunmehr die Einwirkung der verschiedenen Bearbeitungsstationen auf die aus drei Blechlagen 26a, 26b und 26c bestehende Bahn 26 im einzelnen erläutert. Wie aus den Fig. 4 und 4a ersichtlich, weist die untere Bearbei­ tungsrolle 16 in der Bearbeitungsstation A einen Kranz von über ihrem Umfang verteilten, in Seitenansicht etwa trapez­ förmigen und im Profil gemäß Fig. 4a rechteckigen Schneidnoc­ ken 52 auf. Die zugehörige obere Bearbeitungsrolle 10 ist aus drei parallelen, fest miteinander verbundenen, jedoch lösba­ ren Scheiben 10a, 10b und 10c zusammengesetzt. Die beiden äußeren Scheiben 10a und 10c besitzen gleichen Durchmesser, während die mittlere Scheibe 10b einen etwas geringeren Durchmesser besitzt. Da die äußeren Umfangsflächen 54, 56 und 58 der Scheiben 10a, 10b und 10c wie auch die äußere Umfangsfläche 60 der unteren Bearbeitungsrolle 16 jeweils zylindrisch ausgebildet sind, wird durch die Scheiben 10a, 10b, 10c an ihrem äußeren Umfang eine mittlere durchgehende Matrizenvertiefung 62 gebildet, in welche die Schneidnocken 52 der unteren Bearbeitungsrolle 16 teilweise eindringen können. Sie schneiden bei diesem Eindringen zusammen mit den Innenkanten der äußeren Scheiben 10a und 10c der oberen Bearbeitungsrolle 10 einen schmalen Streifen 64 aus der Bahn 26 durch Bildung eines Paars von Längsschnitten aus und drücken den geschnittenen Streifen 64 gleichzeitig ins Innere der Matrizenvertiefung 62 der oberen Bearbeitungsrolle 10. Die Streifen 64 nehmen dabei in etwa die Trapezform der Schneidnocken 52 an. Damit die Kanten der äußeren Scheiben 10a und 10c erforderlichenfalls nachgeschliffen oder auch diese Scheiben 10a, 10 ausgewechselt werden können, sind sie fest, jedoch lösbar an der mittleren Scheibe 10b der oberen Bear­ beitungsrolle 10 befestigt.

In einer zweiten, für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht unbedingt erforderlichen, jedoch zweckmäßi­ gen weiteren Bearbeitungsstation B gemäß Fig. 5 und 5a wird die Blechlagenbahn 26 zwischen einer oberen Bearbei­ tungsrolle 66 und einer unteren Bearbeitungsrolle 68 weiter bearbeitet. Während die untere Bearbeitungsrolle 68 eine glatte zylindrische Umfangsfläche 70 besitzt, ist die obere Bearbeitungsfläche 66 wieder aus drei parallelen Scheiben 66a, 66b und 66c zusammengesetzt, die fest, jedoch lösbar miteinander verbunden sind. Hier sind die beiden äußeren Scheiben 66a und 66c jeweils mit einer glatten zylindrischen Umfangsfläche 71 versehen, welche je einen Kranz von gleich­ mäßig über ihren Umfang verteilten Quetschnocken 72 trägt. Die Quetschnocken 72 der beiden äußeren Scheiben 66a und 66c sind jeweils in Axialrichtung der Scheiben 66a und 66c mit­ einander gefluchtet, so daß sie zusammengehörige Paare von parallelen Quetschnocken 72 bilden. Im Querschnitt gemäß Fig. 5a sind die Quetschnocken 72 firstförmig ausgebildet, wobei jedoch die jeweilige Firstlinie 74 aus der axialen Mitte der Scheiben 66a und 66c zur mittleren Scheibe 66b hin versetzt ist. Der Durchmesser der Umfangsflächen 71 der äußeren Schei­ ben 66a, 66c ist größer als der Durchmesser der Umfangsfläche 76 der mittleren Scheibe 66b, so daß zwischen den Quetsch­ nockenpaaren 72 jeweils Matrizenvertiefungen 78 gebildet werden.

Bei Drehung der Bearbeitungsrollen 66, 68 im Sinn der Pfeile 22 und somit Weiterbewegung der Bahn 26 dringen die in der Bearbeitungsstation A geschnittenen und ausgebogenen Streifen 64 in die Matrizenvertiefungen 78 ein, wobei darauf geachtet werden muß, daß der gegenseitige Abstand der beiden äußeren Scheiben 66a und 66c geringfügig größer ist als die Breite der Streifen 64. Gleichzeitig mit dem Eindringen der Streifen 64 in die Matrizenvertiefungen 78 drücken die an die Firstli­ nien 74 angrenzenden Bereiche der Quetschnocken 72 auf die Oberseite der Bahn 26, deren Unterseite von der zylindrischen Außenfläche der Gegenrolle 68 unterstützt wird. Dadurch werden die Schneidkantenflächen 80 der nach dem Herausdrücken der Streifen 64 stehengebliebenen Bereiche der Bahn 26 in Richtung aufeinander zu gequetscht, so daß ihr Abstand gerin­ ger wird als die Breite der Streifen 64. Diesen Vorgang kann man daher als "Seitenquetschen" bezeichnen.

In der folgenden Bearbeitungsstation C (Fig. 6 und 6a), welche die zusammenwirkenden Bearbeitungsrollen 12 und 18 aufweist, wird ein als "Mittenquetschen" zu bezeichnender Vorgang durchgeführt. Während die Umfangsfläche 82 der oberen Bearbeitungsrolle 12 leicht "aufgefirstet" ist, d. h. aus zwei in einer axial mittigen Firstlinie 84 sich treffenden flachen Kegelflächen 86 und 88 zusammengesetzt ist, trägt die allge­ mein zylindrische Umfangsfläche 90 der unteren Bearbeitungs­ rolle 18 einen Kranz von gleichmäßig um ihren Umfang verteil­ ten, in Seitenansicht gemäß Fig. 6 etwa trapezförmigen und der Form der ausgebogenen Streifen 64 der Bahn 26 entspre­ chenden Quetschnocken 92, die in etwa den Quetschnocken 52 gemäß Fig. 4 entsprechen, jedoch entsprechend der Spaltbreite zwischen den Schnittflächen 80 schmäleres Profil besitzen als die Quetschnocken 52. Andernfalls würden durch die Quetsch­ nocken 92 die Abstände zwischen den in der Bearbeitungssta­ tion B einander angenäherten Schnittflächen 80 wieder aufge­ weitet. Die aufgefirstete Ausbildung der Umfangsfläche 86, 88 erleichtert das Fließen des Materials des Streifens 64 in axialer Richtung der Bearbeitungsrolle 12.

Beim Durchlauf der Bahn 26 zwischen den Bearbeitungsrollen 12 und 18 quetschen die Quetschnocken 92 die ausgebogenen Strei­ fen 64 gegen die an die Firstlinie 84 angrenzenden Bereiche der Kegelflächen 86, 88 der oberen Bearbeitungsrolle 12, wo­ durch eine Verbreiterung der Streifen 64 erzwungen wird.

In der letzten Bearbeitungsstation D gemäß Fig. 7 und 7a werden zwei zusammenwirkende Bearbeitungsrollen 14 und 20 mit jeweils glatter zylindrischer Außenfläche 94 bzw. 96 verwen­ det. Beim Durchlauf der Bahn 26 durch die Klemmstelle zwi­ schen den beiden Bearbeitungsrollen 14 und 20 erfolgt ein "Dichtwalzen" der in den vorhergehenden Bearbeitungsstationen A, B, C ausgeschnittenen, ausgebogenen und breitgequetschten Strei­ fen 64 auf die Ränder der stehengebliebenen Teile der Bahn 26, wie insbesondere aus Fig. 7a ersichtlich. Durch die zusätzliche Bearbeitungsstation B ist der Abstand zwischen den Schnittflächen 80 der stehengebliebenen Teile der Bahn 26 zusätzlich verringert worden, so daß durch das Dichtwalzen eine hervorragende Verankerung der drei Lagen 26a, 26b, 26c der Bahn 26 im Bereich der Streifen 64 erzielt wird. Der Abstand der Umfangsflächen 94 und 96 bestimmt dabei, wie tief der gequetschte Streifen 64 in den Ausschnitt der Bahn 26 zurückgedrückt wird. Für die Erzielung einer Luftdichtheit reicht es aus, wenn der Streifen 64 satt am Ausschnitt anliegt. Würde der Streifen 64 übertrieben stark in den Ausschnitt hin­ eingewalzt werden, würde sich die Festigkeit der Fügenaht verschlechtern.

Durch die zusätzliche Ausführung des Seitenquetschens in der weiteren Bearbeitungsstation B, die nicht unbedingt erforder­ lich, jedoch zweckmäßig ist, wird eine weitere Festigkeit der Verbindung erreicht.

Claims (3)

1. Mehrstufiges Verfahren zum Verbinden zweier oder mehrerer Blechlagen (26a, 26b, 26c) durch Durchsetzfügen mittels nacheinander auf die Blechbahnen (26) einwirkender Bearbeitungsrollenpaare (10, 16; 66, 68; 12, 18; 14, 20), wobei zuerst ein Einschneiden der Blechlagen (26a, 26b, 26c) entlang paralleler Schnittlinien und ein Ausbiegen der ausgeschnittenen Streifen (64), sodann ein Quetschen der nicht zu den ausgeschnittenen und ausgebogenen Streifen (64) gehörigen Schnittränder (80) der Blechlagen (26a, 26b, 26c), anschließend ein Stauchen der aus­ geschnittenen und ausgebogenen Streifen (64), und schließlich ein Dichtwalzen im Bereich der ausgeschnittenen und ausgebogenen Streifen (64) durchgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche vier aufeinanderfolgende Bearbeitungsstationen (A, B, C, D) mit jeweils einem zusammenwirkenden Bearbeitungsrollenpaar (10, 16; 66, 68; 12, 18; 14, 20) aufweist, die längs einer durchgehenden Bearbeitungsstraße für eine Bahn (26) von Blechlagen (26a, 26b, 26c) angeordnet sind, wobei eine Bearbeitungsrolle (16) des Bearbeitungsrollenpaares (10, 16) der ersten Bearbei­ tungsstation (A) im Abstand um ihren Umfang verteilte Schneidnocken (52) und die damit zusammenwirkende Bear­ beitungsrolle (10) entsprechende Matrizenvertiefungen (62) zur Aufnahme der Schneidnocken (52) aufweist, eine auf der Seite der Schneidnocken (52) der Bearbeitungsrolle (16) gelegene Bearbeitungsrolle (68) des Bearbeitungs­ rollenpaares (66, 68) zwischen einer zweiten Bearbeitungs­ station (B) mit glatter Oberfläche (70) ausgebildet ist und die damit zusammenwirkende Bearbeitungsrolle (66) im Abstand um ihren Umfang verteilte Quetschnockenpaare (72) aufweist, eine auf der Seite der Schneidnocken (52) gelegene Bearbeitungsrolle (18) des Bearbei­ tungsrollenpaares (12, 18) einer dritten Bearbeitungs­ station (C) im Abstand um ihren Umfang verteilte Quetschnocken (92) aufweist, die etwas schmaler sind als die Schneidnocken (52) der Bearbeitungsrolle (16), und die damit zusammenwirkende Bearbeitungsrolle (12) mit im Bereich der ausgeschnittenen Streifen (64) ebener oder leicht gefirsteter Oberfläche (86, 88) ausgebildet ist, und wobei beide Bearbeitungsrollen eines Bearbeitungs­ rollenpaares (14, 20) einer vierten Bearbeitungsstation (D) mit zylindrischer Oberfläche (94, 96) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Matrizenvertiefungen (62) aufweisende Bearbeitungsrolle (10) und die die Quetschnockenpaare (72) aufweisende Bearbeitungsrolle (66) jeweils aus drei parallelen, fest miteinander verbundenen, jedoch lösbaren Scheiben (10a, 10b, 10c; 66a, 66b, 66c) zu­ sammengesetzt sind.