EP1132158A1 - Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Fügen von metallischen Bauteilen - Google Patents

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EP1132158A1
EP1132158A1 EP01104956A EP01104956A EP1132158A1 EP 1132158 A1 EP1132158 A1 EP 1132158A1 EP 01104956 A EP01104956 A EP 01104956A EP 01104956 A EP01104956 A EP 01104956A EP 1132158 A1 EP1132158 A1 EP 1132158A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shock wave
shock
stamp
wave conductor
waves
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01104956A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ortwin Prof. Dr. Hahn
Volker Dr. Schulte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hahn Ortwin Prof Dr-Ing
Original Assignee
Hahn Ortwin Prof Dr-Ing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hahn Ortwin Prof Dr-Ing filed Critical Hahn Ortwin Prof Dr-Ing
Publication of EP1132158A1 publication Critical patent/EP1132158A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/12—Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin

Definitions

  • the invention relates to a method for mechanical joining (e.g. clinching and punch rivets) of superimposed surfaces of thin components, such as e.g. B. sheets, and a device for its implementation according to the Preambles of claims 1 and 2. Examples of such methods and Devices are disclosed in DE 197 77 267 C2 and EP 0 890 397 A1.
  • the object of the invention is a joining method according to the preamble of Claim 1 and devices applicable to it according to the preamble of Claim 2 to create a much less high structure of the Stamp, the shock wave conductor and the percussion part of the Allow device.
  • this task is characterized by the in Part of claim 1 and with regard to possible embodiments of the Device by the in the characterizing part of claims 2, 3 and 5 specified features solved.
  • the deflection of the shock waves makes it possible to move the striking mechanism laterally and to be arranged at a large distance from the stamp, which is an essential results in a slimmer construction of the joining device.
  • Such a joining device shows much less unfavorable "interference contours" and is in their Possible applications with regard to their accessibility to the connection points comparable to a resistance spot welding gun.
  • the aim should be that of Impact mechanism in the shock wave conductor generated pressure waves on a large scale also arrived in the stamp as such and not on its way there Reflection can be converted into draft waves. This is achieved through the in claims 2, 3 and 5 claimed three different Device versions.
  • the first version of the device is essentially characterized by that the shock wave conductor is angled, with the legs at least largely straight and the intermediate piece in the largest possible Arc run. This causes most of the pressure waves to transition from one leg to the other at a large obtuse angle reflected, so that they arrive in the stamp as pressure waves.
  • the second version is in the transition area from one to the other other leg of the shock wave guide targeted a reflective surface arranged.
  • This version is characterized in that the Shock wave conductor is angled, the outer angular edge as a reflection surface is obliquely flattened and the flattening is so large and in such a way Angle runs that its projection surface from the perspective of each of the free Leg ends the size of the vertical cross-sectional area of the tied thighs.
  • This reflective surface reflects that on it incident pressure waves at only a small angle to the central axis of the second leg, so that they are also in their predominant amount Pressure waves get into the stamp.
  • a mass body on the reflection surface to press by a spring system
  • the surface of the mass body, with which it bears on the reflection surface is larger than the reflection surface and this towers on all sides, as well as the natural frequency of the spring-mass system is half the pulse frequency.
  • This additional mass ensures that a pressure wave arriving at the deflecting surface predominantly also as Pressure wave and not as a tensile wave is reflected. It is advantageous if the additional mass consists of a material that is larger Has wave resistance than the shock wave conductor.
  • the shock wave deflection takes place by interposing a force deflection part.
  • a force deflection part is characterized in that the shock wave conductor is made in two parts and the two shock wave guide parts are at an angle to each other that an angled impact body around between the two shock wave conductor parts a pivot point located inside between the legs can be pivoted is arranged that the impact body with its one leg end on the impulse input side of the first shock wave conductor part rests under spring pressure and that the impact body with its other leg end from the second Leg receiving second shock wave guide part is spaced. It is it is important that the pressure of the spring is chosen so that the impact body after its swinging out again when the following impulse arrives on first shock wave conductor part is present.
  • a piston driven by compressed air can be used as the striking mechanism. However, it is particularly useful for reducing the strong hitting noise advantageous if the pulse generation by one or more in a row switched piezo-electric actuators takes place.
  • the series connection The advantage of several actuators is that the Stroke amplitude and thus a larger stamp stroke is achieved.
  • the piezo-electric Actuators are also well suited for generating one pulsating force.
  • shock waves introduced into the die are applied to another advantageous embodiment of the device via a shock wave conductor derived, which is designed in the same way as that of the shock waves Stamp conductive shock wave conductor. This also builds the lower part of the Joining device less high than in the known embodiments.
  • the devices according to the invention become the shock wave conductors connected to the stamp and to the die of the upper or lower pliers arm of the scissor-type construction Carrying device of the joining tool is formed.
  • This embodiment enables a very simple and slim structure of the whole Contraption.
  • FIG. 1, 7 and 8 Joining device are constructed according to the scissors principle, the upper one Forceps arm 1 and the lower forceps arm 2 can be pivoted at pivot point 3 are interconnected. Both the upper and lower pliers arms 1 and 2 extend with their end sections 4 and 5 over the pivot point 3 out. A delivery unit is located between these two end sections 4 and 5 6 arranged, which opens the front pliers ends or towards each other emotional.
  • Such a pair of scissors pliers with the arrangement of Delivery unit, the latter behind the center of gravity of the Scissor tongs are arranged, the joining device enables a slim Construction of the device and improves the manageability by favorable distribution of the inert masses.
  • both the upper arm 1 and the lower arm 2 each one Shock wave guides 9 and 10.
  • These shock wave guides 9 and 10 are backward passed through a bracket 11, 12 carrying them.
  • Striking mechanism 14 a On that through the End protruding end 13 of the shock wave guide 9 acts Striking mechanism 14 a.
  • the impulses generated by the striking mechanism 14 are from the shock wave conductor 9 as pressure waves into the angled leg 20 of the shock wave conductor 9 and transferred from here to the stamp 7.
  • the Percussion mechanism 14 is by a spring 15 against the end 13 of the Shock wave conductor 9 pressed.
  • the lower die arm 2 receiving the die 8 is also as Shock wave guide trained.
  • the end of this shock wave conductor 10 protrudes its rear end 16 through the bracket 12.
  • This rear end 16 of the shock wave conductor 10 is an impact mass 17 by the Spring 18 pressed.
  • This spring impact mass system dampens that of the Matrix 7 on the shock wave conductor 10 passed shock waves.
  • the intermediate piece 21 of the shock wave conductor connecting the two legs 9 to be designed so that the pressure waves deflected into this intermediate piece at the end of the vertical leg 20 and thus on the stamp 7 as pressure waves and did not arrive as draft waves.
  • the intermediate piece 21 - as shown in Figure 2 - is arcuate designed, with an arc chosen with the largest possible radius should be.
  • FIG. 3 Another possible embodiment is shown in FIG. 3, wherein the shock waves guided by the horizontal leg 19 on the Surface 22 are reflected in the vertical leg 20.
  • the striking mechanism 14 generated shock waves by a pivotally mounted impact body 31 redirected.
  • the generated by the striking mechanism 14 in the shock waveguide 32 Pressure waves are emitted by the latter into the leg 35 of the impact body 31 brought in.
  • the impact body pivots about its pivot point 34 in Direction of arrow B and strikes with the free end of its leg 36 against the shock wave guide 33 and generated in this shock wave guide Pressure waves that are transmitted from it to the stamp 7.
  • the Baffle 31 is after its pivoting in the direction of arrow B from the return spring 37 is pivoted back into its original position.
  • the force of the return spring 37 is so chosen that the impact body 31 after it swings out upon arrival of the subsequent pulse is again applied to the first shock waveguide part 32.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Fügen von metallischen Bauteilen, wie z. B. Blechen, wobei die Fügekraft durch ein Schlagwerk erzeugt wird. Die vom Schlagwerk erzeugten Impulse werden über Stoßwellenleiter auf den Stempel übertragen, wobei der Stoßwellenleiter eine abgewinkelte Form aufweist, so dass das Schlagwerk innerhalb des sich horizontal erstreckenden Zangenarms einer Scherenzange angeordnet sein kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Fügen (z. B. Clinchen und Stanznieten) von aufeinanderliegenden Flächen von dünnen Bauteilen, wie z. B. Blechen, und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 2. Beispiele solcher Verfahren und Vorrichtungen sind in der DE 197 77 267 C2 und EP 0 890 397 A1 offenbart.
In beiden Vorveröffentlichungen sind das Schlagwerk mit seinem den Impuls erzeugenden Kolben, der Stoßwellenleiter und der Stempel in einer vertikalen Achse in Reihe angeordnet. Dadurch ergibt sich eine hoch aufbauende Vorrichtung, so dass die Fügeverfahren, für die diese Vorrichtungen vorgesehen sind, in Einsatzgebieten mit engen räumlichen Gegebenheiten nicht einsetzbar sind, obwohl sie sich hierfür besonders gut eignen würden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fügeverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und hierfür anwendbare Vorrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 zu schaffen, die einen wesentlich weniger hohen Aufbau des den Stempel, den Stoßwellenleiter und das Schlagwerk enthaltenden Teils der Vorrichtung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und bezüglich möglicher Ausführungsformen der Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 2, 3 und 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Umlenkung der Stoßwellen wird es möglich, das Schlagwerk seitlich und im großen Abstand zum Stempel anzuordnen, wodurch sich ein wesentlich schlankerer Aufbau der Fügevorrichtung ergibt. Eine solche Fügevorrichtung zeigt wesentlich weniger ungünstige "Störkonturen" und ist in ihren Einsatzmöglichkeiten bezüglich ihrer Zugänglichkeit zu den Verbindungsstellen mit einer Widerstands-Punktschweißzange vergleichbar.
Bei der Ausgestaltung des Stoßwellenleiters ist anzustreben, dass die vom Schlagwerk in dem Stoßwellenleiter erzeugten Druckwellen im großen Umfang auch im Stempel als solche angelangen und nicht auf ihrem Weg dorthin durch Reflexion in Zugwellen umgewandelt werden. Dieses wird erreicht durch die in den Ansprüchen 2, 3 und 5 beanspruchten drei unterschiedlichen Vorrichtungsversionen.
Die erste Vorrichtungsversion ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßwellenleiter abgewinkelt ist, wobei die Schenkel zumindest weitestgehend geradlinig und das Zwischenstück in einem möglichst großen Bogen verlaufen. Dadurch wird der größte Teil der Druckwellen im Übergang von dem einen zum anderen Schenkel in einem großen stumpfen Winkel reflektiert, so dass sie als Druckwellen im Stempel ankommen.
Bei der zweiten Version ist in dem Übergangsbereich von dem einen zu dem anderen Schenkel des Stoßwellenleiters gezielt eine Reflexionsfläche angeordnet. Diese Version ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßwellenleiter abgewinkelt ist, die äußere Winkelkante als Reflexionsfläche schräg abgeflächt ist und die Abflächung so groß ist und in einem solchen Winkel verläuft, dass ihre Projektionsfläche aus Sicht jeder der freien Schenkelenden der Größe der senkrechten Querschnittsfläche der gebundenen Schenkel entspricht. Diese Reflexionsfläche reflektiert die auf sie auftreffenden Druckwellen in einem nur kleinen Winkel zur Mittelachse des zweiten Schenkels, so dass sie in ihrer überwiegenden Menge auch als Druckwellen in den Stempel gelangen.
Um die Wirkungsweise dieser Version einer Vorrichtung zu erhöhen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, an die Reflexionsfläche einen Massekörper durch ein Federsystem anzupressen, wobei die Fläche des Massekörpers, mit der er an der Reflexionsfläche anliegt, größer ist als die Reflexionsfläche und diese allseitig überragt, sowie die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems halb so groß ist wie die Impulsfrequenz. Diese Zusatzmasse sorgt dafür, dass eine an der Umlenkfläche eintreffende Druckwelle überwiegend auch als Druckwelle und nicht als Zugwelle reflektiert wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Zusatzmasse aus einem Material besteht, das einen größeren Wellenwiderstand aufweist als der Stoßwellenleiter.
Bei der dritten Version einer Vorrichtung erfolgt die Stoßwellenumlenkung durch Zwischenschaltung eines Kraftumlenkungsteils. Eine solche Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßwellenleiter zweiteilig ausgeführt ist und die beiden Stoßwellenleiterteile in einem Winkel zueinander stehen, dass zwischen den beiden Stoßwellenleiterteilen ein abgewinkelter Prallkörper um einen innen zwischen den Schenkeln liegenden Drehpunkt verschwenkbar angeordnet ist, dass der Prallkörper mit seinem einen Schenkelende an dem impulseingangsseitigen ersten Stoßwellenleiterteil unter Federdruck anliegt und dass der Prallkörper mit seinem anderen Schenkelende von dem den zweiten Schenkel aufnehmenden zweiten Stoßwellenleiterteil beabstandet ist. Dabei ist es wichtig, dass der Druck der Feder so gewählt ist, dass der Prallkörper nach seinem Ausschwenken beim Eintreffen des nachfolgenden Impulses wieder am ersten Stoßwellenleiterteil anliegt.
Als Schlagwerk kann ein mit Druckluft angetriebener Kolben verwendet werden. Es ist jedoch insbesondere zur Reduzierung der starken Schlaggeräusche vorteilhaft, wenn die Impulserzeugung durch einen oder mehrere hintereinander geschaltete piezo-elektrische Aktuatoren erfolgt. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Aktuatoren hat den Vorteil, dass eine Vergrößerung der Schlagamplitude und damit ein größerer Stempelweg erreicht wird. Die piezo-elektrischen Aktuatoren eignen sich ebenfalls gut zur Erzeugung einer pulsierenden Kraft.
Die in die Matrize eingeleiteten Stoßwellen werden bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung über einen Stoßwellenleiter abgeleitet, der in gleicher Weise ausgestaltet ist wie der die Stoßwellen zum Stempel leitende Stoßwellenleiter. Damit baut auch das Unterteil der Fügevorrichtung weniger hoch als bei den bekannten Ausführungsformen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden die mit dem Stempel und mit der Matrize verbundenen Stoßwellenleiter von dem oberen bzw. unteren Zangenarm der im Scherenprinzip aufgebauten Tragvorrichtung des Fügewerkzeugs gebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht einen sehr einfachen und schlanken Aufbau der gesamten Vorrichtung.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am Ende des unteren Zangenarms zur Vernichtung der Stoßwellen eine durch ein Federsystem an dem Stoßwellenleiter angedrückte Prallmasse anliegt. Diese Prallmasse kann in dem Fall, dass zur Fügekrafteinleitung piezo-elektrische Aktuatoren verwendet werden, durch piezo-elektrische Aktuatoren ersetzt werden, die zeitgleich mit den auf den Stempel einwirkenden Aktuatoren auf die Matrize einwirken.
In der Zeichnung sind verschiedene erfindungsgemäße Ausführungen der Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen
  • Figur 1 die Fügevorrichtung aus der Seitenansicht,
  • Figur 2 eine Einzelheit bei A des Stoßwellenleiters,
  • Figur 3 eine andere Ausführungsform des Stoßwellenleiters bei der Einzelheit A,
  • Figur 4 eine Weiterbildung des Stoßwellenleiters nach Figur 3,
  • Figur 5 eine weitere Ausführungsform des Stoßwellenleiters unter Zwischenschaltung eines Prallkörpers,
  • Figur 6 eine andere Ausführungsform des Prallkörpers gegenüber Figur 5,
  • Figur 7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Fügevorrichtung und
  • Figur 8 eine gegenüber der Ausführungsform nach Figur 7 abgeänderte Ausführungsform der Fügevorrichtung.
    • Die in den Figuren 1, 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen der Fügevorrichtung sind nach dem Scherenprinzip aufgebaut, wobei der obere Zangenarm 1 und der untere Zangenarm 2 im Drehpunkt 3 schwenkbar miteinander verbunden sind. Sowohl der obere als auch der untere Zangenarm 1 und 2 erstrecken sich mit ihren Endabschnitten 4 und 5 über den Drehpunkt 3 hinaus. Zwischen diesen beiden Endabschnitten 4 und 5 ist eine Zustelleinheit 6 angeordnet, die die vorderen Zangenenden öffnet oder aufeinander zu bewegt. Eine solche Scherenzange mit der vorbeschriebenen Anordnung der Zustelleinheit, wobei letztere hinter dem Gewichtsschwerpunkt der Scherenzange angeordnet ist, ermöglicht der Fügevorrichtung eine schlanke Bauweise der Vorrichtung und verbessert die Handhabbarkeit durch eine günstige Verteilung der trägen Massen.
    Bei der Ausführungsform der Fügevorrichtung nach Figur 1 bildet sowohl der obere Zangenarm 1 als auch der untere Zangenarm 2 jeweils einen Stoßwellenleiter 9 und 10. Diese Stoßwellenleiter 9 und 10 sind nach rückwärts durch eine sie tragende Halterung 11, 12 hindurchgeführt. Auf das durch die Halterung hindurchragende Ende 13 des Stoßwellenleiters 9 wirkt ein Schlagwerk 14 ein. Die durch das Schlagwerk 14 erzeugten Impulse werden von dem Stoßwellenleiter 9 als Druckwellen in den abgewinkelten Schenkel 20 des Stoßwellenleiters 9 und von hier auf den Stempel 7 übertragen. Das Schlagwerk 14 wird durch eine Feder 15 gegen das Ende 13 des Stoßwellenleiters 9 angedrückt.
    Der die Matrize 8 aufnehmende untere Zangenarm 2 ist ebenfalls als Stoßwellenleiter ausgebildet. Das Ende dieses Stoßwellenleiters 10 ragt mit seinem hinteren Ende 16 durch die Halterung 12 hindurch. Gegen dieses hintere Ende 16 des Stoßwellenleiters 10 wird eine Prallmasse 17 durch die Feder 18 gepreßt. Dieses Feder-Prallmassen-System dämpft die von der Matrize 7 auf den Stoßwellenleiter 10 weitergegebenen Stoßwellen.
    Um eine optimale Umlenkung der Stoßwellen von dem horizontalen Schenkel 19 des Stoßwellenleiters 9 in seinen vertikalen Schenkel 20 zu erreichen, ist das die beiden Schenkel verbindende Zwischenstück 21 des Stoßwellenleiters 9 so auszubilden, dass die in dieses Zwischenstück umgelenkten Druckwellen am Ende des vertikalen Schenkels 20 und damit am Stempel 7 als Druckwellen und nicht als Zugwellen angelangen. Um diese Vorgabe so gut wie möglich zu erfüllen, ist das Zwischenstück 21 - wie aus Figur 2 ersichtlich - bogenförmig ausgestaltet, wobei ein Bogen mit einem möglichst großen Radius gewählt werden sollte. Eine andere mögliche Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt, wobei die von dem horizontalen Schenkel 19 geleiteten Stoßwellen an der Fläche 22 in den vertikalen Schenkel 20 reflektiert werden.
    Damit die aus dem horizontalen Schenkel 19 auf die Fläche 22 auftreffenden Druckwellen überwiegend auch als Druckwellen und nicht als Zugwellen reflektiert werden, liegt an der Fläche 22 ein zusätzlicher Massekörper 23 an, der durch ein Federsystem 40 angepreßt wird. Die Fläche 24 des Massekörpers 23, mit der letzterer an der Fläche 22 des Stoßwellenleiters 9 anliegt, ragt allseitig über die Fläche 22 des Stoßwellenleiters 9 hinaus, und die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems des zusätzlichen Massekörpers 23 ist halb so groß wie die Impulsfrequenz. Die Effektivität dieses zusätzlichen Massekörpers 23 ist dann hoch, wenn er aus einem Material besteht, das einen größeren Wellenwiderstand aufweist als der Stoßwellenleiter 9.
    Bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform werden die Stoßwellenleiter 25, 26 nicht von dem oberen und unteren Zangenarm 1 und 2 gebildet, wie nach der Ausführungsform gemäß Figur 2, sondern hierbei sind die beiden Zangenarme 1, 2 hohl ausgebildet und die beiden Stoßwellenleiter 25 und 26 sowie das Schlagwerk 14 und die Prallmasse 17 sind in die hohl ausgeführten Zangenarme 1 und 2 eingesetzt. Das gleiche gilt für die beiden federnden Andruckvorrichtungen 27 und 28 für das Schlagwerk 14 bzw. die Prallmasse 17. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Andruckvorrichtung 27 für das Schlagwerk 14 nachstellbar ist.
    Bei der in Figur 8 dargestellten Fügevorrichtung sind anstelle eines pneumatischen Schlagwerks piezo-elektrische Aktuatoren 29 eingesetzt. Die Hintereinanderschaltung von mehreren piezo-elektrischen Aktuatoren erhöht die Schlagamplitude, so dass die Elastizitätsgrenze des zu fügenden Materials bei jedem Impuls überschritten wird. Anstelle der Prallmasse bei der Ausführung nach Figur 7 sind bei dieser Vorrichtung im unteren Zangenarm piezo-elektrische Aktuatoren eingesetzt, die zeitgleich mit den auf den Stempel 7 einwirkenden Aktuatoren 29 auf die Matrize 8 einwirken und somit die Fügekraft verstärken.
    Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform werden die vom Schlagwerk 14 erzeugten Stoßwellen durch einen schwenkbar gelagerten Prallkörper 31 umgelenkt. Die von dem Schlagwerk 14 in dem Stoßwellenleiter 32 erzeugten Druckwellen werden von diesem in den Schenkel 35 des Prallkörpers 31 eingebracht. Dadurch schwenkt der Prallkörper um seinen Drehpunkt 34 in Richtung des Pfeils B und stößt mit dem freien Ende seines Schenkels 36 gegen den Stoßwellenleiter 33 und erzeugt in diesem Stoßwellenleiter Druckwellen, die von ihm auf den Stempel 7 übertragen werden. Der Prallkörper 31 wird nach seinem Ausschwenken in Richtung des Pfeils B von der Rückstellfeder 37 wieder in seine Ursprungslage zurückgeschwenkt. Damit der Prallkörper 31 beim Zurückschwenken keinen Stoß auf den Stoßwellenleiter 32 ausübt, fährt er beim Zurückschwenken gegen einen elastischen Anschlagdämpfer 38. Die Kraft der Rückstellfeder 37 ist dabei so gewählt, dass der Prallkörper 31 nach seinem Ausschwenken beim Eintreffen des nachfolgenden Impulses wieder am ersten Stoßwellenleiterteil 32 anliegt.
    In einer Weiterbildung des Prallkörpers 31 weist dieser, wie in Figur 6 dargestellt, zwischen seinen beiden Schenkeln 35, 36 eine körperschalldämmende bzw. -dämpfende Zwischenschicht 39 auf. Diese Zwischenschicht vermeidet bzw. reduziert die Biegeschwingungen im Prallkörper 31.

    Claims (21)

    1. Verfahren zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Flächen von dünnen, metallischen Bauteilen, wie z. B. Blechen, wobei der Stempel eines Fügewerkzeugs durch auf ihn einwirkende Impulse oder durch eine auf ihn einwirkende pulsierende Kraft in ein zu fügendes Teil eindringt und die Impulskraft als Stoßwellen über einen Stoßwellenleiter auf den Stempel übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßwellen durch zwei im Winkel zueinander stehende, weitestgehend geradlinige Stoßwellenleiterabschnitte 19, 20 auf den Stempel 7 übertragen werden, wobei die Kraftübertragung von dem einen auf den anderen Stoßwellenleiterabschnitt durch Umlenkung der Stoßwellen mittels eines dazwischen liegenden, abgewinkelten, die beiden geradlinigen Stoßwellenleiterabschnitte 19, 20 einstückig miteinander verbindenden, weiteren Stoßwellenleiterabschnitts 21 oder durch Umlenkung einer durch die Stoßwellen des ersten Stoßwellenleiters 32 erzeugten Kraft, die auf einen schwenkbaren, zwischen den beiden Stoßwellenleitern 32, 33 angeordneten und auf den zweiten Stoßwellenleiter 33 aufstoßenden Prallkörper 31 einwirkt, erfolgt.
    2. Vorrichtung in einer zangenförmigen Ausgestaltung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Flächen von dünnen, metallischen Bauteilen, wie z. B. Blechen, bei der der Stempel des Fügewerkzeugs durch auf ihn einwirkende Impulse oder durch eine auf ihn einwirkende pulsierende Kraft in das zu fügende Bauteil eindringt und die erzeugte Impulskraft über einen Stoßwellenleiter als Druckwellen auf den Stempel weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßwellenleiter 9 abgewinkelt ist, wobei die Schenkel 19, 20 zumindest weitestgehend geradlinig und das Zwischenstück 21 in einem möglichst großen Bogen verläuft.
    3. Vorrichtung in einer zangenförmigen Ausgestaltung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Flächen von dünnen, metallischen Bauteilen, wie z. B. Blechen, bei der der Stempel des Fügewerkzeugs durch auf ihn einwirkende Impulse oder durch eine auf ihn einwirkende pulsierende Kraft in das zu fügende Bauteil eindringt und die erzeugte Impulskraft über einen Stoßwellenleiter als Druckwellen auf den Stempel weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßwellenleiter 25 abgewinkelt ist, die äußere Winkelkante als Reflexionsfläche schräg abgeflächt ist, die Abflächung 22 so groß ist und in einem solchen Winkel verläuft, dass ihre Projektionsfläche aus Sicht jeder der freien Enden der Schenkel 19, 20 der Größe der senkrechten Querschnittsfläche der gebundenen Schenkelenden entspricht.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Fläche 22 ein Massekörper 23 von einem Federsystem 40 angepreßt ist, wobei die Fläche 24 des Massekörpers 23, mit der er an der Fläche 22 anliegt, größer ist als die Fläche 22 des Stoßwellenleiters 25 und diese allseitig überragt, und dass die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems halb so groß ist wie die Impulsfrequenz.
    5. Vorrichtung in einer zangenförmigen Ausgestaltung zum mechanischen Fügen von aufeinanderliegenden Flächen von dünnen, metallischen Bauteilen, wie z. B. Blechen, bei der der Stempel des Fügewerkzeugs durch auf ihn einwirkende Impulse in das zu fügende Bauteil eindringt und die erzeugte Impulskraft über einen Stoßwellenleiter als Druckwellen auf den Stempel weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßwellenleiter zweiteilig ausgeführt ist und die beiden Stoßwellenleiterteile 32, 33 in einem Winkel zueinanderstehen, zwischen den beiden Stoßwellenleiterteilen 32, 33 ein abgewinkelter Prallkörper 31 um einen innen zwischen den Schenkeln 35, 36 liegenden Drehpunkt 34 verschwenkbar angeordnet ist, der Prallkörper 31 mit seinem einen Schenkelende 35 an dem impulseingangsseitigen ersten Stoßwellenleiterteil 32 unter Federdruck anliegt und der Prallkörper 31 mit seinem anderen Schenkelende 36 von dem den Stempel 7 aufnehmenden, zweiten Stoßwellenleiterteil 33 beabstandet ist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Feder 37 so gewählt ist, dass der Prallkörper 31 nach seinem Ausschwenken beim Eintreffen des nachfolgenden Impulses wieder am ersten Stoßwellenleiterteil 32 anliegt.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper 31 beim Zurückschwenken, durch einen elastischen Anschlagdämpfer 38 abgefangen, sich an den ersten Stoßwellenleiter 32 anlegt.
    8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßwellenleiter 9, 10, 25, 26, 32, 33 aus einem Material (fest, flüssig oder gasförmig) mit geringer Eigendämpfung, insbesondere aus einem Metall mit geringer Eigendämpfung bestehen.
    9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf den Stempel 7 einwirkende Schenkel 20 des abgewinkelten Stoßwellenleiters 9, 25 in der Längsachse des Stempels 7 verläuft.
    10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulserzeugung durch einen oder mehrere hintereinandergeschaltete, piezo-elektrische Aktuatoren 29, 30 erfolgt.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Matrize 8 eingeleiteten Stoßwellen über einen Stoßwellenleiter 10, 26 abgeleitet werden, der in gleicher Weise ausgestaltet ist wie der die Stoßwellen zum Stempel 7 leitende Stoßwellenleiter 9, 25.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßwellenleiter 9, 10 von dem oberen und unteren Zangenarm 1, 2 gebildet werden.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßwellenleiter 25, 26 in den hohl ausgeführten Zangenarmen 1, 2 gelagert sind.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Aufhängung oder Lagerung der Stoßwellenleiter 25, 26, 32, 33 einen deutlich anderen Schallwiderstand hat als die Stoßwellenleiter.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zangenaufbau nach dem Scherenprinzip gestaltet ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des unteren Zangenarms 2 zur Vernichtung der Stoßwellen eine durch ein Federsystem 18 oder 28 an den Stoßwellenleiter 10, 26 angedrückte Prallmasse 17 anliegt.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßwellenleiter 9, 10, 25, 26 mit einem Anti-Dröhn-Material beschichtet oder gekapselt sind.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das die Impulse erzeugende Schlagwerk 14 mit einem Anpressdruck gegen den Stoßwellenleiter 9, 25 gepreßt wird.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die außerhalb der Fügestelle an den beiden zu fügenden Bauteilen an- oder aufliegenden Vorrichtungsteile mit einer schwingungsdämpfenden Schicht belegt sind.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Matrize 8 tragenden unteren Zangenarm 2 ebenfalls piezo-elektrische Aktuatoren 30 angeordnet sind, die zeitgleich mit den auf den Stempel 7 einwirkenden Aktuatoren 29 auf die Matrize 8 einwirken.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper 31 zwischen seinen beiden Schenkeln 35, 36 eine körperschalldämmende bzw. -dämpfende Zwischenschicht 39 aufweist.
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