EP0853990B1 - Vorrichtung zum Durchsetzfügen von Blechteilen - Google Patents

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EP0853990B1
EP0853990B1 EP98100247A EP98100247A EP0853990B1 EP 0853990 B1 EP0853990 B1 EP 0853990B1 EP 98100247 A EP98100247 A EP 98100247A EP 98100247 A EP98100247 A EP 98100247A EP 0853990 B1 EP0853990 B1 EP 0853990B1
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EP
European Patent Office
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anvil
die
figur
joining point
clinching
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EP98100247A
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EP0853990A2 (de
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Shiming Dr.-Ing. Gao
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Stanley Engineered Fastening Industrial Deutschland GmbH
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Avdel Verbindungselemente GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/031—Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing

Definitions

  • the present invention relates to a device for Enforcing overlapping sheet metal parts with one Stamp and an anvil, on which at least two die parts are laterally movably supported, which delimit an opening, so that when the stamp moves into the opening dodge sideways when deforming the sheets and so a Joining point is formed.
  • a device is already from JP-A-8-39167 for enforcing overlapping sheet metal parts with a Stamp and an anvil known to at least two Die parts are laterally movably supported, one Limit opening so that when the stamp moves Move laterally into the opening when deforming the sheets and so a joining point is formed, the anvil one of the Stamp facing surface that has at least the entire area over which the joining point is located at the end of the joining process.
  • the anvil cuboid and two die parts are made on opposite side surfaces of the cuboid. In this way, the construction the die is particularly simple and economical.
  • the anvil is cuboid train and on all four side surfaces of the cuboid to arrange a die part. This way we do one if possible uniform expansion of the die opening during of the backflow process guaranteed.
  • Figure 1 first the function of a clinching device according to the prior art (e.g. U.S. Patent 4,910 853).
  • Figure 1 shows the state at the end of Behind flow process.
  • the stamp 10 is at most on the anvil 12 lowered.
  • the die parts 14, 16 are maximally pressed apart, so that the two sheets 18, 20 to be connected already start after over the side edges of the anvil 12 flow down.
  • FIG. 3 shows a clinching device according to the invention, where the anvil 112 is much wider as the stamp 10. This device is also during a Joining process at the time of completion of the backflow process shown. As can be clearly seen in FIG the material does not flow around the side edges of the anvil here, because it is much wider. Of course here correspondingly thinner die parts 114, 116 are also open to the maximum.
  • FIG. 4 shows the resulting joining point, in which case arrows B indicate the direction of flow.
  • this flow direction points horizontally to the side in the device according to the invention (arrows B in FIG. 4), while in FIG. 2 the arrows A point laterally downward at approximately 45 °. As can clearly be seen in FIG. 4, this results in a significantly wider undercut d 2 .
  • the joining point according to FIG. 4 is thus considerably firmer than the joining point according to FIG. 2.
  • FIG. 5 shows an anvil matrix arrangement according to the invention, as used for example in Figure 3 can.
  • the anvil 112 is essentially cube-shaped. Its edge length is larger than the maximum diameter of the Joining point.
  • the two die parts 114, 116 consist of L-shaped ones Spring steel angles between them opening 117 include for the joining point.
  • the other legs the L-shaped die parts are at their distal end, so away from the edge, by riveting or screwing with connected to the side surface of the anvil.
  • FIG. 6 shows a corresponding one Sectional view through the die anvil assembly according to the invention of Figure 5.
  • FIG. 7 shows a further die anvil arrangement according to the invention, in which the die is formed by four L-shaped spring steel brackets 213, 214, 215, 216 is formed. These are then divided diagonally so that the opening 217 of all four Die parts is limited. The attachment to the anvil body corresponds to the arrangement in FIG. 5.
  • FIG. 9 shows a currently customary matrix arrangement which consists of four die elements separated by radial joints 300 313, 314, 315, 316, each one Form a quarter circle.
  • FIG. 10 shows the same arrangement in the open state, i.e. at the end of the backflow if through the flow of the joining point, the matrix elements 313, 314, 315, 316 maximum are dispersed.
  • Figure 11 shows a joining point with the matrix device is produced according to Figures 9 and 10, in plan view. It it is clearly recognizable that the joining point is not complete is round, but in the places where the individual matrix elements Bump 313 to 316 through the gap Has 300 recesses caused.
  • FIG. 12 shows a section through the joining point of the figure 11 along the line a-a. As can be seen, there is the Undercut good and the joining point therefore seems to have good strength values exhibit.
  • the present invention teaches the corresponding column 300 is not radial (in the direction of flow of the backflow process).
  • a a particularly preferred embodiment is shown in FIG. 14.
  • the joints 400 are between the individual matrix elements 413 to 416 arcuate, so that even when the die is expanded due to the backflow process cannot form columns because the individual matrix elements 413 to 416 move apart without gaps can, as shown in Figure 15.
  • FIG. 17 shows a sectional illustration through the die anvil arrangement for a die shape according to Figure 16.
  • the anvil 412 is also wider than the maximum width of the Joining point executed.
  • the L-shaped die elements 414 and 416 are attached to the side surfaces of the anvil. They are made movable and elastic by a spring ring 420 held back in position.
  • the present invention can be done by a less expensive Modification of the anvil-matrix arrangement a considerably better strength of the joining points can be achieved without for this additional work steps in the clinching process would be required.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchsetzfügen von sich überlappenden Blechteilen mit einem Stempel und einem Amboß, an dem mindestens zwei Matrizenteile seitlich beweglich abgestützt sind, die eine Öffnung begrenzen, so daß sie bei einer Bewegung des Stempels in die Öffnung beim Verformen der Bleche seitlich ausweichen und so ein Fügepunkt gebildet wird.
Bei allen bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Durchsetzfügen besteht das Problem, daß eine möglichst starke Hinterschneidung des stempelseitigen Bleches an der amboßseitigen Außenkante des Fügepunktes erzielt werden muß, damit der Fügepunkt die erforderliche Festigkeit erreicht.
Die Vorrichtungen zum Durchsetzfügen gemäß dem Stand der Technik (beispielsweise U.S.-Patent 4 910 853) wiesen bisher einen Amboß auf, der einen nur wenig größeren Durchmesser als der Stempel besaß. Der Amboß war dabei von den in Bewegungsrichtung des Stempels länglich ausgebildeten Matrizenteilen umgeben, die während des Hinterfließvorgangs, durch den die Hinterschneidung gebildet wurde, vom Amboß abgespreizt wurden. Dadurch konnte das Material des Fügepunktes jedoch entlang der Außenseite des Ambosses nach unten fließen. Die Hinterschneidungen blieben somit verhältnismäßig klein und die Festigkeit des Fügepunktes unzureichend.
Um diesem Problem abzuhelfen, wurden im Stand der Technik bereits mehrstufige Durchsetzfügeverfahren vorgeschlagen, bei denen der Fügepunkt nach dem Durchsetzen nochmals gestaucht wurde. Dieses mehrstufige Durchsetzfügen ist jedoch nur mit einer sehr komplizierten Vorrichtung realisierbar und erfordert eine große Anzahl Arbeitsschritte.
Weiterhin ist aus der JP-A-8-39167 bereits eine Vorrichtung zum Durchsetzfügen von sich überlappenden Blechteilen mit einem Stempel und einem Amboß bekannt, an dem mindestens zwei Matrizenteile seitlich beweglich abgestützt sind, die eine Öffnung begrenzen, so daß sie bei einer Bewegung des Stempels in die Öffnung beim Verformen der Bleche seitlich ausweichen und so ein Fügepunkt gebildet wird, wobei der Amboß eine dem Stempel zugewandte Oberfläche aufweist, die mindestens die ganze Fläche unterstützt, über die sich der Fügepunkt am Ende des Fügevorgangs erstreckt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Durchsetzfügen zu schaffen, die ohne zusätzlichen apparativen Aufwand bei der Fügevorrichtung und ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte eine bessere Festigkeit der Fügepunkte bewirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist dabei bevorzugt, den Amboß quaderförmig auszubilden und zwei Matrizenteile an einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Quaders vorzusehen. Auf diese Weise wird der Aufbau der Matrize besonders einfach und wirtschaftlich.
Weiter ist es ebenfalls bevorzugt, den Amboß quaderförmig auszubilden und an allen vier Seitenflächen des Quaders je ein Matrizenteil anzuordnen. Auf diese Weise wir eine möglichst gleichmäßige Aufweitung der Matrizenöffnung während des Hinterfließvorgangs gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
FIGUR 1
eine einstufige Durchsetzfügevorrichtung ohne Schneideanteil gemäß dem Stand der Technik;
FIGUR 2
einen mit der vorrichtung gemäß Figur 1 hergestellten Fügepunkt;
FIGUR 3
eine erfindungsgemäße einstufige Durchsetzfügevorrichtung ohne Schneidanteil mit vergrößertem Amboß;
FIGUR 4
einen mit der Vorrichtung gemäß Figur 3 herstellten Fügepunkt;
FIGUR 5
eine erfindungsgemäße Amboß-Matrizenanorndung in perspektivischer Darstellung;
FIGUR 6
die Anordnung der Figur 5 in Schnittdarstellung senkrecht zu der Fuge geschnitten;
FIGUR 7
eine weitere erfindungsgemäße Amboß-Matrizenanordnung in perspektivischer Darstellung;
FIGUR 8
ein Matrizenteil der Figur 7 in perspektivischer Darstellung;
FIGUR 9
eine Matrizenanordnung mit radial verlaufenden Fugen gemäß dem Stand der Technik in geschlossenem Zustand;
FIGUR 10
die Anordnung der Figur 9 in geöffnetem Zustand (während des Hinterfließvorgangs);
FIGUR 11
einen mit der Matrizenanordnung gemäß dem Stand der Technik nach Figur 9 hergestellten Fügepunkt in Draufsicht;
FIGUR 12
einen Schnitt entlang der Linie a-a der Figur 11;
FIGUR 13
einen Schnitt entlang der Linie b-b der Figur 11;
FIGUR 14
eine erfindungsgemäße Matrizenanordnung in "Iris-Blendenform" im geschlossenen Zustand;
FIGUR 15
die Anordnung der Figur 14 in geöffnetem Zustand (während des Hinterfließvorgangs);
FIGUR 16
eine weitere erfindungsgemäße Matrizenanordnung in Iris-Blendenform aus nur zwei Teilen und
FIGUR 17
die Matrizenanordnung der Figur 16 auf dem Amboß montiert in Schnittdarstellung.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 zuerst die Funktion einer Durchsetzfügevorrichtung gemäß dem Stand der Technik (beispielsweise U.S.-Patent 4 910 853) dargestellt. Die Figur 1 zeigt den Zustand am Ende des Hinterfließvorgangs. Der Stempel 10 ist maximal auf den Amboß 12 abgesenkt. Die Matrizenteile 14, 16 sind maximal auseinandergedrückt, so daß die beiden zu verbindenden Bleche 18, 20 bereits beginnen, über die Seitenkanten des Ambosses 12 nach unten zu fließen.
Dieser Fließvorgang ist in Figur 2 nochmals detailliert dargestellt, wobei hier die Pfeile A die Fließrichtung des Materials angeben. Wie in Figur 2 dargestellt, entsteht also bei diesem Verfahren ein Hinterschnitt von der Tiefe d1. Die Festigkeit eines Fügepunktes ist im wesentlichen abhängig von der Größe dieses Hinterschnitts d1.
Figur 3 zeigt demgegenüber eine erfindungsgemäße Durchsetzfügevorrichtung, bei der der Amboß 112 wesentlich breiter ist als der Stempel 10. Auch diese Vorrichtung ist während eines Fügevorgangs zum Zeitpunkt des Abschlusses des Hinterfließvorgangs dargestellt. Wie in Figur 3 deutlich erkennbar, kann das Material hier nicht um die Seitenkanten des Ambosses herumfließen, da dieser wesentlich breiter ist. Die hier natürlich entsprechend dünner ausgeführten Matrizenteile 114, 116 sind ebenfalls maximal geöffnet.
Die Figur 4 zeigt den entstandenen Fügepunkt, wobei in diesem Fall die Pfeile B die Fließrichtung angeben. Wie deutlich sichtbar, zeigt diese Fließrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung waagerecht zur Seite (Pfeile B in Figur 4), während in Figur 2 die Pfeile A mit etwa 45° seitlich nach unten zeigen. Wie in Figur 4 deutlich erkennbar, entsteht hierbei ein wesentlich breiterer Hinterschnitt d2. Somit ist der Fügepunkt gemäß Figur 4 erheblich fester als der Fügepunkt gemäß Figur 2.
Die Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Amboß-Matrizenanordnung, wie sie beispielsweise in Figur 3 verwendet werden kann. Der Amboß 112 ist dabei im wesentlichen würfelförmig. Seine Kantenlänge ist größer als der maximale Durchmesser des Fügepunkts. Die beiden Matrizenteile 114, 116 bestehen aus L-förmigen Federstahlwinkeln, die zwischen sich die Öffnung 117 für den Fügepunkt einschließen. Die jeweils anderen Schenkel der L-förmigen Matrizenteile sind an ihrem distalen Ende, also von der Kante entfernt, durch Nieten oder Verschrauben mit der Seitenfläche des Ambosses verbunden.
Zur weiteren Erläuterung zeigt Figur 6 eine entsprechende Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Matrizen-Amboßanordnung der Figur 5.
Figur 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Matrizen-Amboßanordnung, bei der die Matrize durch vier L-förmige Federstahlwinkel 213, 214, 215, 216 gebildet wird. Diese sind dann diagonal geteilt, so daß die Öffnung 217 von allen vier Matrizenteilen begrenzt wird. Die Befestigung am Amboßkörper entspricht der Anordnung in Figur 5.
Zur weiteren Veranschaulichung ist ein einzelnes Matrizenelement 213 in Figur 8 dargestellt.
Zum Verständnis der weiteren erfindungsgemäßen Lösung mit der "irisblendenförmigen" Matrizenanordnung ist in den Figuren 9 bis 13 ebenfalls wieder der Stand der Technik dargestellt. Figur 9 zeigt eine derzeit übliche Matrizenanordnung, die aus vier durch radial verlaufende Fugen 300 getrennten Matrizenelementen 313, 314, 315, 316 besteht, die jeweils einen Viertelkreis bilden.
Figur 10 zeigt die gleiche Anordnung im geöffneten Zustand, d.h. am Ende des Hinterfließvorgangs, wenn durch das Fließen des Fügepunkts die Matrizenelemente 313, 314, 315, 316 maximal auseinandergetrieben sind.
Figur 11 zeigt einen Fügepunkt, der mit der Matrizenvorrichtung gemäß Figur 9 und 10 hergestellt ist, in Draufsicht. Es ist deutlich erkennbar, daß der Fügepunkt nicht vollständig rund ist, sondern an den Stellen, an denen die einzelnen Matrizenelemente 313 bis 316 aneinander stoßen, durch die Spalte 300 verursachte Ausnehmungen aufweist.
Wie aus den Figuren 12 und 13 ersichtlich, führen diese Ausnehmungen zu einer erheblichen Verminderung der Festigkeit des Fügepunktes.
Die Figur 12 zeigt einen Schnitt durch den Fügepunkt der Figur 11 entlang der Linie a-a. Wie ersichtlich, ist dort die Hinterschneidung gut und der Fügepunkt scheint somit gute Festigkeitswerte aufzuweisen.
Schneidet man jedoch entlang der Linie b-b der Figur 11, wie dies in Figur 13 dargestellt ist, wobei der Schnitt also dann durch die durch die Spalte 300 gebildeten Ausnehmungen des Fügepunktes läuft, so erkennt man aus Figur 13, daß hier fast keine Hinterschneidung gebildet worden ist. Diese Bereiche des Fügepunktes tragen somit nicht zur Festigkeit bei. Dem gemäß dem Stand der Technik hergestellten Fügepunkt fehlt daher ein erheblicher Teil der theoretisch erreichbaren maximalen Festigkeit.
Um diesem Übelstand abzuhelfen, lehrt die vorliegende Erfindung, die entsprechenden Spalte 300 nicht radial (in Fließrichtung des Hinterfließvorgangs) verlaufen zu lassen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Figur 14 dargestellt. Hierbei sind die Fugen 400 zwischen den einzelnen Matrizenelementen 413 bis 416 bogenförmig ausgebildet, so daß sich auch beim Auftreiben der Matrize durch den Hinterfließvorgang keine Spalten bilden können, da die einzelnen Matrizenelemente 413 bis 416 ohne Spaltenbildung auseinander wandern können, wie dies in Figur 15 dargestellt ist.
Da sich bei dieser erfindungsgemäßen Lösung keine Spalten zwischen den einzelnen Matrizenelementen bilden können, ist auch eine vereinfachte Anordnung gemäß Figur 16 mit nur zwei Matrizenelementen 414, 416 möglich. Selbstverständlich funktioniert diese Anordnung auch mit einer anderen Anzahl von Matrizenelementen. Bei mehr als fünf Matrizenelementen dürfte die Konstruktion jedoch zu aufwendig werden.
Figur 17 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Matrizen-Amboßanordnung für eine Matrizenform gemäß Figur 16. Der Amboß 412 ist hier ebenfalls breiter als die Maximalbreite des Fügepunktes ausgeführt. Die L-förmigen Matrizenelemente 414 und 416 sind an den Seitenflächen des Ambosses angebracht. Sie werden durch einen Federring 420 bewegbar und elastisch zurückfedernd in ihrer Position gehalten.
Durch die vorliegende Erfindung kann durch eine wenig aufwendige Abwandlung der Amboß-Matrizenanordnung eine erheblich bessere Festigkeit der Fügepunkte erzielt werden, ohne daß hierfür zusätzliche Arbeitsschritte beim Durchsetzfügevorgang erforderlich wären.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zum Durchsetzfügen von sich überlappenden Blechteilen (18, 20), mit einem Stempel (10) und einem Amboß (112), an dem mindestens zwei Matrizenteile (114, 116) seitlich beweglich abgestützt sind, die eine Öffnung begrenzen, so daß sie bei einer Bewegung des Stempels (10) in die Öffnung beim Verformen der Bleche (18, 20) seitlich ausweichen und so ein Fügepunkt gebildet wird, wobei der Amboß (112) eine dem Stempel (10) zugewandte Oberfläche aufweist, die mindestens die ganze Fläche unterstützt, über die sich der Fügepunkt am Ende des Fügevorgangs erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizenteile (114, 116) aus L-förmig gebogenen Federstahlblechen bestehen, deren einer Schenkel auf der dem Stempel (10) zugewandten Oberfläche des Ambosses (112) aufliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (112) quaderförmig ausgebildet ist, und zwei Matrizenteile (114, 117) an einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Quaders vorgesehen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (112) quaderfrömig ausgebildet ist, und an allen vier Seitenflächen des Quaders je ein Matrizenteil (213, 214, 215, 216) angeordnet ist.
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