EP1268100A2 - Verfahren und werkzeug zur herstellung einer durchsetzfügeverbindung - Google Patents

Verfahren und werkzeug zur herstellung einer durchsetzfügeverbindung

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EP1268100A2
EP1268100A2 EP01935943A EP01935943A EP1268100A2 EP 1268100 A2 EP1268100 A2 EP 1268100A2 EP 01935943 A EP01935943 A EP 01935943A EP 01935943 A EP01935943 A EP 01935943A EP 1268100 A2 EP1268100 A2 EP 1268100A2
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segments
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opening
tool
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    • Y10T83/546Interrelated tool actuating and work guide moving means

Definitions

  • the invention is based on a method for connecting components such as plates, bolts, nuts and the like. with a plate forming a clinching connection according to the preamble of the main claim or a tool according to the preamble of the secondary claim 4.
  • the so-called lost stamp used is either made of soft there is deformable material which is sufficiently hard to effect a press-in process through the plate or which has corresponding radial recesses into which the displaced plate material can be molded.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim and the tool according to the invention with the characterizing features of claim 4 has the advantage that, with a high level of functional reliability, the production of the connection point over sections of the same results in a higher elastic connection, so that the final technical shear and head pull values are higher than at the connection point mentioned above.
  • the elasticity of the connection point maintains the high working capacity of the method or the tool.
  • the tool also has the advantage that the radially resiliently guided segments always return to their original position after the work step.
  • Tools are known in which the radial boundary walls of the die consist of resilient sections (DE-OS 44 35 460 and DE-GM 297 00 868), however, with the disadvantage that all sections are resiliently mounted, as a result of which there is between the individual sections Remnants of the processed material can be deposited so that the sections no longer return to their original position, as a result of which the desired connection quality cannot be achieved.
  • the distribution of the radial resistance with respect to the circumference of the die opening is centrally symmetrical. This achieves a uniform strength of the connection point.
  • the clinching connection is supplemented by adding adhesives.
  • the segment height corresponds to the depth of the blind opening, this ensures that the bottom of the blind opening is retained in its plane even for the enlarged blind opening by yielding the segments.
  • the volume of the material to be displaced in the starting position (before the joining process) is somewhat larger than the volume of the bag opening minus the penetration volume of the die. The excess volume causes the segments to move radially.
  • the segments can be moved against spring force.
  • the spring can be designed in a wide variety of ways, the decisive factor being that the segments snap back into their starting position after the working stroke and back of the punch or removal of the connection point from the die opening.
  • the segments are guided on a recess which receives the segments, which run in one plane with the bottom of the bag opening and have lateral guide bands which run in the radial direction of displacement of the segments. Any remnants of material are left in this work movement pushed away and ejected without the risk of being in a gap or the like. function-inhibiting deposit.
  • the mutually opposite guide walls of the segments run parallel to one another on the rigid wall sections.
  • leaf or bar springs arranged on the die serve as spring force. Apart from the fact that such springs are easy to attach and functionally reliable, they require only a small construction volume.
  • the segments are guided in grooves in the die, as a result of which the radial dimensions can also be reduced.
  • the springs at the end facing away from the segments are connected to one another in one piece via a connecting section, in the transition region between the connecting section and the springs there being an offset in the direction of the jacket parts.
  • the connecting section is arranged in a dividing plane of the die which runs transversely to the drive direction, as a result of which it is possible for the connecting section to be firmly integrated into the die.
  • this connecting section is cross-shaped or star-shaped, depending on how many springs are to be connected to one another.
  • grooves for receiving the springs and / or the connecting section are provided in the longitudinal direction and / or on the end face in the parting plane.
  • Fig. 3-5 variants of the embodiment.
  • FIG. 1 an inventive tool is shown in an exploded view, namely a punch 1 which can be actuated according to the arrow III for its working stroke and which can press two plates 2 lying on top of one another into an opening 3 in a die 4.
  • the die consists of fixed sections 5 of a die 6 and of segments 7 which can be pushed axially outwards and which are brought into the starting position shown by leaf springs 8 are pushed.
  • the leaf springs 8 are fastened to the die 6 by means of screws 9 and are arranged in a longitudinal groove 11 of the die 6.
  • the opening 3 is delimited at the bottom by a base 12 which is formed by the die 6.
  • the segments 7 are guided radially displaceably between the fixed sections 5 of the die 6, for which purpose guide walls 13 on the fixed sections 5 of the die serve.
  • the segments 7 slide on the bottom 12 of the bag opening 3. During this movement, the segments 7 are moved according to the evasion stroke IV.
  • the clinching connection is made in that after the plates 2 have been placed on the die 6, corresponding surface parts are deep-drawn into the sack opening 3 down to the bottom 12 of the same by the stamp 1 in order to be subsequently squeezed, so that material radially outwards to the fixed sections 5 and the segments 7, which form the radial wall of the bag opening 3, are pushed. While the displaced material is retained in the fixed sections 5 of the die 4, the material lying in between is displaced against the displaceable segments 7, which yield, so that the material can flow. As described at the beginning, this creates a different structure of the connection point.
  • FIG 3 shows a variant of the exemplary embodiment in which the leaf spring 8 'is welded to the die at 13 and to the segment 7 at 14. This provides a fixed connection, especially of segment 7 ', to the tool.
  • FIG. 4 shows a second variant of this exemplary embodiment, in which a spring bar 15 is used instead of a leaf spring 8 ', which is inserted into corresponding bores 16 of the die 6 or 17 of the segment 7. While four segments 7 are provided in the object shown in FIG. 2, the variant according to FIG. 5 has only two such movable segments 7. Accordingly, the fixed sections 5 'of this die are made wider. Accordingly, the structure of the connection node is different.

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Description

VERFAHREN UND WERKZEUG ZUR HERSTELLUNG EINER DURCHSETZFÜGEVERBINDUNG
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden von Bauteilen wie Platten, Bolzen, Muttern udgl. mit einer Platte unter Bildung einer Durchsetzfügeverbindung nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. einem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 4.
Bei einem bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art (DE-OS 35 32 900) wird das aus der Platte in die Matrizenöffnung verdrängte Material aufgrund des Bodens der Matrize radial nach außen an die axialen Wände der Matrizenöffnung verdrängt, wobei dieses verdrängte Material den Rand der durch den Stempel bewirkten Durchgangsöffnung hintergreift und dadurch eine feste Verbindung zwischen Bauteil und Platte bildet. Diese Art der Verbindung wird üblicherweise mit Durchsetzfügeverbindung bezeichnet. Sie ist denkbar für die Verbindung von zwei oder mehr übereinanderliegenden Platten oder aber auch zum Verbinden von Bolzen odgl. an einer oder mehreren Platten, wobei der dabei verwendete sogenannte verlorene Stempel entweder aus weichem verformbarem Material besteht, welches ausreichend hart ist um einen Einpreßvorgang durch die Platte zu bewirken oder der entsprechende radiale Ausnehmungen aufweist, in die sich das verdrängte Plattenmaterial einformen kann.
Der Nachteil dieser sehr schnell und exakt arbeitenden Durchsetzfügeverbindung mit einer Matrize mit unanchgiebigen Begrenzungswänden führt zu Verbindungspunkten begrenzter Elastizität.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und das erfindungsgemäße Werkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei hoher Funktionssicherheit der Herstellung des Verbindungspunktes über Abschnitte desselben eine höhere Elastizitätsverbindung entsteht, so daß die endgültigen technischen Scher- und Kopfzugswerte höher sind als bei dem oben genannten Verbindungspunkt. Vorteilhafterweise wird bei der gewonnenen Elastizität des Verbindungspunktes das hohe Arbeitsvermögen des Verfahrens bzw. des Werkzeuges beibehalten.
Beim Werkzeug besteht zudem der Vorteil, daß die radial nachgiebig nach außen geführten Segmente nach dem Arbeitsgang stets wieder zurück in ihre ursprüngliche Position gelangen. Es sind zwar Werkzeuge bekannt, bei denen die radialen Begrenzungswände der Matrize aus nachgiebigen Abschnitten besteht (DE-OS 44 35 460 und DE-GM 297 00 868) allerdings mit dem Nachteil, daß alle Abschnitte nachgiebig gelagert sind, wodurch sich zwischen den einzelnen Abschnitten Reste des bearbeiteten Materials ablagern können, so daß die Abschnitte nicht mehr in ihre Ausgangslage zurückgelangen, wodurch die angestrebte Verbindungsqualtität nicht erzielbar ist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verteilung des radialen Widerstandes in bezug auf den Umfang der Matrizenöffnung zentralsysmmetrisch. Hierdurch wird eine gleichmäßige Festigkeit des Verbindungspunktes erzielt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchsetzfügeverbindung durch Hinzufügen von Klebstoffen ergänzt. ~
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Werkzeug nach Nebenanspruch 4 entspricht die Segmenthöhe der Tiefe der Sacköffnung, hierdurch wird erreicht, daß der Boden der Sacköffnung in seiner Ebene erhalten bleibt auch für die durch Nachgeben der Segmente vergrößerte Sacköffnung.
Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist in Ausgangslage (vor dem Fügevorgang) das Volumen des zu verdrängenden Materials etwas größer als die Volumina von Sacköffnung abzüglich des Eindringvolumens des Formstempels. Der Volumenüberschuß bewirkt das radiale Verschieben der Segmente.
Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente gegen Federkraft verschiebbar. Die Feder kann in unterschiedlichster Weise gestaltet sein, maßgebend ist, daß die Segmente nach dem Arbeitshub und Zurückgehen des Stempels bzw. Herausnahme des Verbindungspunktes aus der Matrizenöffnung wieder in ihre Ausgangslage schnellen.
Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente auf einer dem die Segmente aufnehmenden Ausnehmungen geführt, die in einer Ebene mit dem Boden der Sacköffnung verlaufen und seitliche Führungsbände aufweisen, welche in der radialen Verschiebrichtung der Segmente verlaufen. Irgendwelche Materialreste werden bei dieser Arbeitsbewegung weggeschoben und ausgeworfen ohne die Gefahr, sich in einem Spalt odgl. funktionshemmend abzulagern.
Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die einander gegenüberliegenden Führungswände der Segmente an den unnachgiebigen Wandabschnitten parallel zueinander.
Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung dienen als Federkraft am Gesenk angeordnete Blatt- oder Stabfedern. Abgesehen davon, daß derartige Federn leicht anbringbar und funktionssicher sind, erfordern sie nur ein geringes Bauvolumen.
Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente in Nuten des Gesenks geführt, wodurch die radialen Abmessungen zusätzlich verringerbar sind.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Federn am den Segmenten abgewandten Ende über einen Verbindungsabschnitt einteilig miteinander verbunden, wobei im Übergangsbereich zwischen Verbindungsabschnitt und den Federn eine Kröpfung derselben in Richtung Mantelteile vorhanden ist. Hierdurch werden die Segmente besser angebunden und es ist das Federsystem äußerst preiswert herstellbar. Zudem ist die Gefahr von Bruchschäden oder sonstigen Ausfällen stark gemindert.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungsabschnitt in einer quer zur Antriebsrichtung verlaufenden Teilungsebene der Matrize angeordnet, hierdurch ist es möglich, dass der Verbindungsabschnitt fest in die Matrize eingebunden wird.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Verbindungsabschnitt kreuz- oder sternförmig ausgebildet, je nachdem, wieviel Federn miteinander verbunden werden sollen. Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind in Längsrichtung und /oder stirnseitig in der Teilungsebene Nuten zur Aufnahme der Federn und/oder des Verbindungsabschnitts vorhanden. Hierdurch kann als Matrizenwerkzeug eine Baueinheit erzielt werden, die in sich geschlossen ist und dadurch leicht ein- und ausbaubar ist. Ganz abgesehen von der Verminderung von Schäden durch äußere Eingriffe.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit Varianten in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Werkzeug in Explosionsdarstellung und im
Teilschnitt nach I in Fig. 2,
Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß II - II in Fig. 1 ,
Fig. 3-5 Varianten des Ausführungsbeispiels.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist in Explosionsdarstellung ein erfindungsgemäßes Werkzeug dargestellt, nämlich ein Stempel 1 der entsprechend dem Pfeil III für seinen Arbeitshub betätigbar ist und der zwei aufeinanderliegende Platten 2 in eine Öffnung 3 einer Matrize 4 drücken kann. Die Matrize besteht aus feststehenden Abschnitten 5 eines Gesenkes 6 sowie aus axial nach außen schiebbaren Segmenten 7, die durch Blattfedern 8 in die gezeigte Ausgangslage geschoben sind. Die Blattfedern 8 sind über Schrauben 9 an dem Gesenk 6 befestigt und sind in einer Längsnut 1 1 des Gesenkes 6 angeordnet. Die Öffnung 3 ist nach unten durch einen Boden 12 begrenzt, der vom Gesenk 6 gebildet wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Segmente 7 zwischen den feststehenden Abschnitten 5 des Gesenkes 6 radial verschiebbar geführt, wofür Führungswände- 13 an den feststehenden Abschnitten 5 der Matrize dienen. Bei dem Verschieben gleiten die Segmente 7 auf dem Boden 12 der Sacköffnung 3. Bei dieser Bewegung werden die Segmente 7 entsprechend dem Ausweichhub IV verschoben.
Die Durchsetzfügeverbindung erfolgt dadurch, daß nachdem die Platten 2 auf das Gesenk 6 aufgelegt sind, durch den Stempel 1 entsprechende Flächenteile in die Sacköffnung 3 bis auf den Boden 12 derselben tiefgezogen werden, um danach gequetscht zu werden, so daß Material radial nach außen an die feststehenden Abschnitten 5 sowie die Segmente 7, die die radiale Wand der Sacköffnung 3 bilden, geschoben werden. Während das verdrängte Material bei den feststehenden Abschnitten 5 der Matrize 4 zurückgehalten werden, wird dazwischenliegendes Material gegen die verschiebbaren Segmente 7 verdrängt, welche nachgeben, so daß das Material nachfließen kann. Hierdurch entsteht wie eingangs beschrieben eine unterschiedliche Struktur des Verbindungspunktes.
In Fig. 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem die Blattfeder 8' bei 13 mit dem Gesenk und bei 14 mit dem Segment 7 verschweißt ist. Hierdurch ist eine feste Anbindung vor allem des Segmentes 7' an das Werkzeug gegeben.
In Fig. 4 ist eine zweite Variante dieses Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem statt einer Blattfeder 8' ein Federstab 15 verwendet wird, der in entsprechende Bohrungen 16 des Gesenkes 6 bzw. 17 des Segmentes 7 gesteckt ist. Während bei dem in Fig. 2 dargestellten Gegenstand vier Segmente 7 vorgesehen sind, weist die Variante nach Fig. 5 nur zwei derartige bewegliche Segmente 7 auf. Entsprechend sind die feststehenden Abschnitte 5' dieser Matrize breiter ausgebildet. Entsprechend ist auch die Struktur des Verbindungsknotens anders.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale "können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszahlenliste
1 Stempel
Platten
3 Öffnung
4 Matrize
5 Abschnitte
6 Gesenk
7 Segment
8 Blattfeder
9 Schrauben
10 Wandausnehmungen
11 Längsnut
12 Boden
13 Verschweißung
14 Verschweißung
15 Federstab
16 Bohrung
17 Bohrung
I Schnitt in Fig. 2
II Schnitt in Fig. 1
III Arbeitshub
IV Ausweichhub

Claims

Verfahren zum Verbinden von BauteilenAnsprüche
1. Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (wie Platten, Bolzen, Muttern odgl.) mit einer Platte (2) unter Bildung einer Durchsetzfügeverbindung bei welchem ein Stempel ( 1) odgl. Flächenteile der Platte (2) in einer auf der abgewandten Seite derselben angeordnete Matrizenöffnung (3) teilstanzt, tiefzieht oder einpreßt und dabei das Plattenmaterial mittels des Bodens (12) der Matrizenöffnung (3) quer zur Achsrichtung verdrängt, welches danach den stehengebliebenen Teil der Platte (2) für eine Form - und/ oder kraftschlüssige Verbindung hintergreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfluß des quer verdrängten Materials aufgrund über den Umfang der Matrize gesehen unterschiedlichen radialen Widerstandes abwechselnd groß ist, ~ so daß sich eine unterschiedliche Materialbeanspruchung und damit Elastizität desselben ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die - Verteilung des radialen Widerstandes in bezug auf den Umfang der Matrizenöffnung (3) zentral symmetrisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsetzfügeverbindung durch Hinzufügen von Klebstoffen ergänzt.
4. Werkzeug insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
- mit einem Formstempel (1) odgl. und einer eine Sacköffnung (3) mit in Bewegungsrichtung des Formstempels (1) verlaufenden radialen Begrenzungswänden und einem Boden (12) aufweisenden Gesenkmatrize (4, 6) und
- mit einer dem zu verdrängenden Material angepaßten Abmessungen des Volumens von Stempel (1) odgl. und Sacköffnung (3), dadurch gekennzeichnet,
- daß über den Umfang der Sacköffnung (3) verteilt mehrere Abschnitte der Begrenzungswände als in Wandausnehmungen geführte und radial nachgiebige Segmente (7) ausgebildet sind und daß die dazwischenliegenden Abschnitte (5) der Begrenzungswände unnachgiebig gestaltet sind.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Segmente (7) der Tiefe der Sacköffnung (3) entspricht.
6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Ausgangslage (vor dem Fügevorgang) das Volumen des zu verdrängenden Materials etwas größer ist als die Volumina von Sacköffnung (3) abzüglich des Formstempels ( 1).
7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (7) gegen Federkraft verschiebbar sind.
8. ~ Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente (7) auf einer in den die Segmente (7) aufnehmenden Wandausnehmungen (10) geführt sind, die in einer Ebene mit dem Boden (12) der Sacköffnung (3) seitliche Führungswände aufweisen, welche in der radialen Verschieberichtung der Segmente (7) verlaufen.
9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Führungswände der Segmente (7) in einer Wandausnehmung (10) an den unnachgiebigen Wandabschnitten (5) parallel zueinander verlaufen.
10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Federkraft eine am Gesenk angeordnet Blatt- oder Stabfeder dient.
1 1. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (8, 15) in Längsnuten (1 1) des Gesenkes (6) geführt sind.
12. Werkzeug nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federn an den Segmenten abgewandten Ende über einen Verbindungsabschnitt einteilig miteinander verbunden sind und im Übergangsbereich zwischen Verbindungsabschnitt (7) und den Einzelfedern (6) eine Kröpfung (9) derselben in Richtung Mantelteile vorhanden ist.
13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt in einer quer zur Antriebsrichtung verlaufenden Teilungsebene der Matrize angeordnet ist.
14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt kreuz- oder sternförmig ausgebildet ist.
15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung und/oder stirnseitig am Matrizenbodenteil Nuten zur Aufnahme Federn und/ oder des Verbindungsabschnitts vorhanden sind.
EP01935943A 2000-04-05 2001-04-04 Verfahren zur herstellung einer durchsetzfügeverbindung Expired - Lifetime EP1268100B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10016780 2000-04-05
DE10016780 2000-04-05
PCT/DE2001/001289 WO2001076788A1 (de) 2000-04-05 2001-04-04 Verfahren und werkzeug zur herstellung einer durchsetzfügeverbindung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1268100A2 true EP1268100A2 (de) 2003-01-02
EP1268100B1 EP1268100B1 (de) 2008-02-20

Family

ID=7637585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01935943A Expired - Lifetime EP1268100B1 (de) 2000-04-05 2001-04-04 Verfahren zur herstellung einer durchsetzfügeverbindung

Country Status (12)

Country Link
US (2) US20040045153A1 (de)
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