EP1640081A1 - Joining method and device for driving a joining tool - Google Patents

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EP1640081A1
EP1640081A1 EP05017030A EP05017030A EP1640081A1 EP 1640081 A1 EP1640081 A1 EP 1640081A1 EP 05017030 A EP05017030 A EP 05017030A EP 05017030 A EP05017030 A EP 05017030A EP 1640081 A1 EP1640081 A1 EP 1640081A1
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EP
European Patent Office
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joining
hold
piston rod
working chamber
piston
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EP05017030A
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EP1640081B1 (en
EP1640081B2 (en
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Hans Jörg Lang
Torsten Dr. Draht
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Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
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Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
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    • Y10T403/4966Deformation occurs simultaneously with assembly

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for actuating a joining tool for joining at least two plate-shaped workpieces of similar or different materials, in particular for punch riveting or clinching, and a method for operating such a device.
  • the most common drive form consists of a hydraulic cylinder for actuating a punch for the joining operation and a further hydraulic cylinder for actuating a hold-down, which exerts a hold-down force on the workpieces around the joint during the joining operation, see for example WO 93/24258 and EP 0675774.
  • a "substantial" hold-down force is exerted before and during the joining process, which can be up to 1.5 tons according to the information in this document.
  • holding-down forces of the order of, for example, 8-10 kN are used.
  • the use of a large hold-down force before and during the joining process also has its disadvantages.
  • the large hold-down force during the joining process prevents unimpeded deformation of the punch rivet.
  • the use of a large hold-down force before the joining process causes certain disadvantages in the combined stamped rivet bonding method, since the large hold-down force hinders the pressing and flow of the adhesive from the joining zone.
  • a retaining device is provided for the hold-down device, which prevents yielding of the hold-down after the joining operation, when the lower leg of the usual in riveting C-frame springs back after returning the punch.
  • the punch and the hold-down are simultaneously subjected to a high pressure during the joining operation via a stop connection, and after the joining operation, the punch is slightly retracted, whereupon the hold-down is again subjected to hydraulic pressure to exert a relatively large hold-down force. It is also mentioned in this document that a great or little or no hold-down force can be exerted during the joining process.
  • the present invention has for its object to provide a method for joining and a device for actuating a joining tool for joining at least two plate-shaped workpieces of similar and different materials, which despite great simplicity and compact design offers the possibility to avoid an impairment of the joining process by the hold-down and yet to ensure a high-quality joint with minimal deformation of the workpieces outside the joint.
  • a high punching force is exerted during the joining operation for the joining process and substantially no hold-down force to allow unimpeded deformation of the joining region and simultaneously a high punching force and a high holding force for reducing material deformations of the workpieces and for producing a compacting effect after the joining process exercised in the joining area.
  • the hold-down force exerted after the joining operation is to be selected such that bulges of the workpieces around the joint are carried out during the joining process and, furthermore, a certain compression effect is exerted on the workpieces in order to increase the connection quality and to achieve a sufficient final strength of the connection .
  • a high punch force is exerted on the joint to prevent the high hold-down force affecting the joint.
  • the entire surface of the joint and of the surrounding workpiece area is thus subjected to high forces after the joining process, whereby, moreover, springback of the C-frame usually provided in such tools is also reduced.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the C-frame is lighter than that built in the prior art can be, since during the joining process essentially no hold-down force is applied and the C-frame therefore only has to absorb the punch force.
  • this device has only a single hydraulic cylinder, which is subdivided by the main piston for the punch in a piston rod remote working chamber and in a piston rod side working chamber.
  • the holding-down piston serving to operate the hold-down is disposed in the piston rod-side working chamber of the cylinder, and the portions of the piston-rod-side working chamber located on axially opposite sides of the hold-down piston are interconnected by fluid communication, so that the hold-down piston on its axially opposite sides with that in the piston rod side Working chamber prevailing pressure can be applied.
  • the device has a joining position in which the piston rod facing away from the working chamber is subjected to a pressure for performing the joining process and the piston rod side working chamber is depressurized, and that it has a post-processing position in which both working chambers are subjected to a high pressure , So that after the joining process, a high hold-down force and a high punching force are exerted on the joint and the surrounding workpiece area.
  • the device comes with only two ports and two hoses, which reduces the design effort accordingly and in particular the hydraulic control is simplified.
  • the invention allows a compact design of the device, since the main piston and the Hold-down piston in a sense interlock. An increase in stroke therefore has only a simple effect on the device designed according to the invention, whereas in the case of an attachment with two separate hydraulic cylinders, a stroke magnification has a double effect.
  • Another embodiment of a device according to the invention is defined in claim 19.
  • An important advantage of the invention is that the joining process itself is not affected by any hold-down force.
  • the method according to the invention can be used with particular advantage in conjunction with an adhesive method.
  • an adhesive layer is provided between the workpieces, at least in the joint area, before the hold-down device is pressed against the workpieces. Since only a small hold-down force and during the joining process substantially no hold-down force are exerted in the inventive method before the joining process, the adhesive can be pressed freely during the joining process and flow out of the joining zone. The absence of a hold-down force during the joining process to a reduction of air bubbles between the workpieces, as will be explained in more detail.
  • a further reduction of the risk of air bubble formation can be achieved in a further embodiment of the invention in that punch rivets are used, in which the peripheral surface of the rivet shank is divergent, preferably cone-shaped, at least in a predetermined region in the direction of the rivet head.
  • the rivet shank formed in this way exerts a force on the punch-side workpiece during the joining operation, which prevents or at least reduces the spring-back of the punch-side workpiece, so that the workpieces remain in abutment in the joining zone. This also reduces the risk of air bubbles, as will be explained in more detail.
  • the invention further reduces spring-back of the usually provided C-frame, whereby the connection quality and final strength of the joint connection are correspondingly improved.
  • the joining tool 2 shown only schematically in the drawing serves for producing a joint connection between two (or more) plate-shaped workpieces A and B (sheets).
  • the joining tool 2 is a riveting tool for setting punch rivets N, although the joining tool 2 and another tool such. b. a device for clinching can be. Since punch rivets and punched rivet joints are basically known, this will not be discussed in detail.
  • the joining tool 2 comprises an actuating device in the form of a hydraulic cylinder 4 and a die 6, on which the workpieces A, B are supported.
  • the cylinder 4 is supported on a C-frame (not shown), as is common in such joining tools.
  • the cylinder 4 has a cylindrical inner space 10, in which a main piston 12 with a piston rod 14 is slidably disposed.
  • the piston rod 14 of the main piston 12 is fixedly connected to a punch 16 for setting the rivet N.
  • the main piston 4 divides the cylindrical inner space 10 into a piston rod-facing upper working chamber 10a and into a piston rod-side lower working chamber 10b.
  • a hold-down piston 18 is arranged, which is fixedly connected via a piston rod 20 with a tubular holding-down device 22.
  • the hold-down piston 18 and its piston rod 20 surround the piston rod 14 of the main piston 12 coaxially and are slidably guided on the cylindrical inner wall of the cylinder 4 so that they are axially displaceable relative to the main piston 12.
  • the upper working chamber 10a can be pressurized or relieved of pressure via a pressure medium connection 24, optionally with a controlled fluid pressure (hydraulic pressure), while the lower working chamber 10b can also be acted upon or relieved of pressure via its own pressure medium connection 26 with a controlled fluid pressure.
  • a pressure medium connection 24 optionally with a controlled fluid pressure (hydraulic pressure)
  • the lower working chamber 10b can also be acted upon or relieved of pressure via its own pressure medium connection 26 with a controlled fluid pressure.
  • the portions of the working chamber 10b located on both sides of the hold-down piston 18 are connected to one another by a flow connection 28 connected, so that the axially opposite sides of the hold-down piston 18 are always acted upon with the same fluid pressure.
  • the flow connection 28 may consist of one or more of the hold-down piston 18 penetrating holes or in other ways, for. B. by one or more longitudinal grooves on the outer periphery of the hold-down piston 18, are formed.
  • a stopper connection 30 is provided between the piston rod 14 of the main piston 12 and the sleeve-shaped piston rod 20 of the hold-down piston 18, which is effective only in one axial direction, with movements of the main piston 12 in the direction away from the lower working chamber 10b (ie upwards in the figures).
  • Fig. 1 the device is in its normal position, in which the upper working chamber 10 a is held without pressure via the pressure medium connection 24 and the lower working chamber 10 b is acted upon via the pressure medium connection 26 with a relatively small fluid pressure.
  • the main piston 12 By prevailing in the lower working chamber 10b fluid pressure of the main piston 12 is pressed into its upper end position.
  • On the hold-down piston 18 acts on its axially opposite sides of the prevailing in the lower working chamber 10b fluid pressure. Since the upper side of the holding-down piston 18 is larger than its underside by the cross-sectional area of the piston rod 20, a downwardly acting pressure difference acts on the hold-down piston 18.
  • stop connection 30 of the hold-down piston 18 is, however, held in a basic position in which he occupies the axial middle position shown in FIG.
  • a first step before the joining operation, the main piston 12 and the hold-down piston 18 are moved to a Vorbearbeitungswolf in which the hold-down 20 and the rivet N are pressed against the workpieces A and B with a comparatively low force, s. Fig. 2.
  • both working chambers 10a, 10b respectively acted on their pressure medium connection 24 and 26 with a low fluid pressure. Since the upper surface of the main piston 12 is larger than the underside thereof by the cross-sectional area of the piston rod 14, the plunger 8 exerts a corresponding downward punching force on the rivet N.
  • the hold-down piston 18 is pressed down due to the mentioned surface difference by the fluid pressure, so that the hold-down 20 exerts a corresponding hold-down force on the workpieces A, B.
  • the punch force and the hold-down force need only be so large that the workpieces A, B are held immovably in contact with each other and with the die 6 and a rivet and tool control can be performed.
  • the hold-down force is preferably less than 7.8 kN and may for example be of the order of 3 to 5 kN. In general, a hold-down force of less than 3.9 kN is sufficient.
  • the stamping force is preferably less than 5 kN and may be of the order of 1 to 3 kN.
  • the device assumes the joining position shown in FIG. 3, in which the upper working chamber 10 a is acted upon via the pressure medium connection 24 with the fluid pressure required for the joining process, while the lower working chamber 10 b is depressurized via the pressure medium connection 26 is done.
  • the main piston 12 then exerts via the piston rod 14 and the punch 16 the stamping force required for producing the joint connection on the joint 8 or the rivet N, see FIG. 3.
  • the hold-down 20 has the joining process no function. It is understood that in hydraulic systems on the low pressure side there is always a residual pressure, so that the lower working chamber 10b can not be made completely depressurized.
  • the resulting holding-down force which is for example in the order of 0.3 to 0.5 kN, is negligible.
  • a hold-down force of, for example, less than 4 kN no measurable influence on the workpiece properties. In any case, this applies to hold-down forces of less than 1.5 kN.
  • dispensing with a significant hold-down force has the advantage that the punch rivet N can deform unhindered during the setting process, so that a defined forming behavior of the punch rivet occurs. Compared to a procedure with high hold-down force then comes to a slightly larger bottom of the punch rivet, which reduces the risk of cracking.
  • the required for setting the punch rivet N stamping force is in a usual order of z. B. 30 to 80 kN.
  • both working chambers 10a and 10b are respectively subjected to high fluid pressure via their pressure medium connections 24 and 26. This is expediently carried out such that the high fluid pressure prevailing in the working chamber 10a is maintained, while the working chamber 10b is subjected to the same high fluid pressure or a similarly high fluid pressure via the pressure medium connection 26.
  • the pressurization of the working chamber 10b and thus the structure of the hold-down force is preferably carried out only a short period of time after completion of the setting process. This period of time is for example 0.2 to 0.3 seconds and is preferably greater than 0.1 seconds.
  • the hold-down 20 is pressed against the workpieces A, B due to the surface difference of the hold-down piston 18 with a large hold-down force.
  • the high hold-down force has the purpose, any Deformations of the workpieces A, B to reduce around the riveting out of its plane and also in this area a certain compression effect on the workpieces A, B exercise to increase their final strength and thereby improve the quality of the connection.
  • the punch force and the holding force must be selected depending on the application to achieve these functions.
  • the hold-down force is greater than 5 kN and in particular greater than 7.8 kN.
  • the stamping force is preferably greater than 5 kN and in particular greater than 6.5 kN.
  • the punching force and the holding force are maintained for a predetermined period of time. Subsequently, the device is returned to its basic position shown in Fig. 1 by the upper working chamber 10a is made depressurized via the pressure medium connection 24 and the lower working chamber 10b is acted upon by a low fluid pressure.
  • Fig. 4 shows schematically a joining tool 2, as described above with reference to FIGS. 1 to 3 has been described in connection with a valve arrangement of a (not shown otherwise) hydraulic control for operating the joining tool.
  • the valve arrangement consists of two separate directional control valves 32 and 34, of which the directional control valve 32 is assigned via the pressure medium connection 24 of the working chamber 10a and the directional control valve 34 via the pressure medium connection 26 of the working chamber 10b, either to pressurize the working chambers 10a and 10b with or from Relieve pressure.
  • the directional control valves 32 and 34 thus control the connection of the working chambers 10a and 10b each with a (not shown) Pressure control device (eg proportional valve) and a pressure relief area of the hydraulic system.
  • Pressure control device eg proportional valve
  • both directional valves 32, 34 In the basic position shown in Fig. 5, the directional control valve 32 assumes its pressure relief position, and the directional control valve 34 its pressurization position. In the pre-processing position of the joining tool, both directional valves 32, 34 are in their pressurization position, in which both working chambers 10a, 10b are subjected to a low pressure. In the joining position, the directional control valve 32 is in its pressurization position and the directional control valve 34 is in its pressure relief position in order to exert a high punching force and (essentially) no hold-down force. In the post-processing position, both directional valves 32, 34 are in their pressurization position to exert both a high punch force and a high hold down force.
  • FIG. 5 differs from that of Fig. 4 in terms of structural design of the cylinder assembly of the joining tool, wherein the Fig. 4 corresponding components of FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, supplemented by the letter a.
  • the joining tool of Fig. 5 differs from that of Fig. 4 in that instead of a common hydraulic cylinder 4, two cylinders 4a and 5a are provided, of which the cylinder 4a, the main piston 12a for the punch 16a and the cylinder 5a, the hold-down piston 18a for the hold 22a receives.
  • a transverse wall 29 between the cylinders 4a and 4b, together with the hold-down piston 18a, defines a working chamber 31, which in the illustrated embodiment has its own pressure medium connection.
  • the arrangement corresponds to conventional punch riveting tools with separate cylinders for the punch and hold-down.
  • the piston rod side working chamber of the cylinder 4a and the working chamber 31 of the cylinder 5a by a flow connection 33 constantly connected to each other.
  • the flow connection 33 may, as shown, outside of the cylinder or through the transverse wall 29 extend therethrough.
  • FIG. 6 the structural design of the joining tool shown there is identical to that of FIG. 5 with the hydraulic cylinders 4a and 5a. The only difference is that instead of the two directional valves (connected in parallel) 32 and 34, a bypass valve 36 and a directional valve 38 , which are connected in series, are provided.
  • the directional control valve 38 is adjustable between a (shown in FIG. 6) basic position and a working position. In the basic position, the directional control valve 38 blocks two pressure medium lines 37 and 39 with respect to the pressure source and the pressure relief area of the hydraulic system. In the working position, the directional control valve 38 connects the pressure medium line 37 to the pressure source and the pressure medium line 39 to the pressure relief area.
  • the bypass valve 36 is adjustable between a (shown in FIG. 6) basic position and a bypass position. In the basic position, the bypass valve 36 connects the pressure medium line 37 to the pressure medium connection 24a and the pressure medium line 39 to the pressure medium connection 26a. In the bypass position, the bypass valve 36 connects both pressure medium connections 24a and 26a to the pressure medium line 37.
  • the bypass valve 36 assumes its bypass position, in which it connects the rod rod side and piston rod side working chamber of the cylinder 4 a and the working chamber 31 of the cylinder 5 a via the pressure medium line 37 and the directional control valve 38 with the (controllable) pressure source of the hydraulic system.
  • the bypass valve 36 is moved back into its basic position, in which it now connects the piston rod facing away from the working chamber of the cylinder 4a with the pressure source and the piston rod side working chamber and the working chamber 31 with the pressure relief area.
  • the bypass valve 36 resumes the bypass position in which all the working chambers are connected to the pressure source.
  • valve arrangement of FIG. 6 can also be used in a joining tool of FIG. 4.
  • the joining tool shown in Fig. 7 corresponds in terms of its structural design largely to that shown in Fig. 6, wherein corresponding components with corresponding reference numerals, in which, however, the letter a is replaced by the letter b, are called. Different from Fig. 6, however, is that the flow connection 33 is missing. Rather, the working chamber 31b of the cylinder 5b has a fluid port 27b separate from the fluid ports 24b and 26b which can be pressurized or relieved of pressure via a pressure control valve 40 (e.g., proportional valve).
  • the joining tool with the two cylinders 4b and 5b for actuating the punch and the blank holder therefore corresponds to a conventional joining tool.
  • the pressure medium connections 24b and 26b of the working chambers of the cylinder 4b are controllable via a bypass valve 36 and a directional control valve 38, which are identical to the corresponding valves of FIG.
  • valves In the basic position, the valves assume the basic position shown in FIG. 7.
  • the pressure control valve 40 is operated to apply a relatively low pressure to the working chamber 31b in the pre-machining position, to a negligible pressure in the joining position, and to a high pressure in the post-processing position.
  • FIG. 7 offers the possibility of depressurizing the piston rod-side working chamber of the cylinder 4b in the post-processing position via the bypass valve 36, so that the stamping force exerted by the main piston 12b can be correspondingly increased.
  • FIG. 8 differs from that of Fig. 7 only in that the bypass valve 36 of FIG. 7 has been replaced by a bypass valve 36 b, which in the bypass position, the piston rod facing away and piston rod side working chambers of the cylinder 4 with each other, but they shuts off against the pressure source of the hydraulic system.
  • both working chambers of the cylinder 4b are depressurized, so that no stamping force is generated.
  • the ram in the pre-processing position exerts a punching force that can be used for rivet detection.
  • the mode of operation of the arrangement of FIG. 8 corresponds to the mode of operation described with regard to FIG. 7.
  • the first step before the joining process can be performed in two stages in such a way that first the hold-down with the required comparatively low hold-down force is applied and only then the rivet on the stamp with a relatively low punch force is applied to the workpieces. This then makes it possible to depressurize the hold-down already a short period of time before setting the rivet, since the workpieces are pressed together by the attached rivet.
  • the riveting method according to the invention can be combined particularly advantageously with the bonding to the hybrid joining technique "punch riveting-bonding".
  • this hybrid joining technique an adhesive layer K is provided between the workpieces A and B, see Figs. 1-3:
  • punch rivets N ' are used in the combined punch rivet bonding as shown in FIG.
  • the punch rivet N ' has in the usual way a rivet head N1 and a rivet N2.
  • the peripheral surface N3 of the rivet shank N2 is not cylindrical, but slightly divergent in the direction of the rivet head N1. More specifically, the peripheral surface N3 has the shape of a cone with the cone angle ⁇ . Therefore, the punch rivet N 'is driven with its conical peripheral surface N3 in the joining parts A, B. (FIG. 3), the rivet shank N2, due to its conicity on the punch-side workpiece A, exerts a downward force which prevents spring-back of the punch-side workpiece A. The workpieces A, B therefore remain in the joining zone in abutment, so that a gap formation between the workpieces A, B and thus the formation of air inclusions and channels are prevented in the adhesive layer K.
  • the cone angle ⁇ must in any case be greater than 0 and is preferably in the range of 0.5 to 10 °, particularly preferably in the range of 1 to 5 °.
  • the entire circumferential surface of the rivet shank N2 may be divergent.
  • the peripheral surface N3 in a foot region cylindrical and divergent only in the region between the foot region and the head N1. The axial length of this foot region is expediently chosen so that it corresponds to the thickness of the punch-side workpiece A.

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Abstract

The stamping machine (2) has a stamping tool (16) pushing a rivet against a top sheet (A). The top sheet rests on a bottom sheet (B). The river deforms the sheets and forcing them into a matrix (6). A cylindrical holder piece (22) presses the sheets down against the rim of the matrix. A cylinder (4) contains a first piston (12) with a piston rod pressing down on an intermediate piece and the stamp. There are hydraulic fluid connections (24,26) to chambers (10a) above and (10b) below the first piston. A second piston slides on the piston rod of the first piston and pushes on the holder piece. It has throttle channels (28) allowing hydraulic fluid to flow through it slowly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betätigen eines Fügewerkzeuges zum Fügen mindestens zweier plattenförmiger Werkstücke aus artgleichen oder unterschiedlichen Materialien, insbesondere zum Stanznieten oder Durchsetzfügen (Clinchen), sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.The present invention relates to a method and a device for actuating a joining tool for joining at least two plate-shaped workpieces of similar or different materials, in particular for punch riveting or clinching, and a method for operating such a device.

Es sind zahlreiche Ausführungsformen von Antrieben für Fügewerkzeuge wie Stanzniet- und Durchsetzfügegeräte bekannt. Die üblichste Antriebsform besteht aus einem Hydraulikzylinder zum Betätigen eines Stempels für den Fügevorgang und einem weiteren Hydraulikzylinder zum Betätigen eines Niederhalters, der während des Fügevorgangs eine Niederhalterkraft auf die Werkstücke um die Fügestelle herum ausübt, siehe beispielsweise WO 93/24258 und EP 0675774. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der EP 0675774 wird bereits vor und während des Fügevorgangs eine "wesentliche" Niederhalterkraft ausgeübt, die nach den Angaben in dieser Druckschrift bis 1,5 Tonnen betragen kann. In der Praxis wird mit Niederhalterkräften in der Größenordnung von beispielsweise 8-10 kN gearbeitet. Wenngleich dieses Verfahren seine Vorteile hat, hat die Verwendung einer großen Niederhalterkraft vor und während des Fügevorgangs auch seine Nachteile. Beispielsweise verhindert die große Niederhalterkraft während des Fügevorgangs eine ungehinderte Verformung des Stanznietes. Die Verwendung einer großen Niederhalterkraft vor dem Fügevorgang bedingt gewisse Nachteile beim kombinierten Stanzniet-Klebe-Verfahren , da die große Niederhalterkraft ein Verpressen und Fließen des Klebstoffes aus der Fügezone behindert.Numerous embodiments of drives for joining tools such as punch riveting and clinching devices are known. The most common drive form consists of a hydraulic cylinder for actuating a punch for the joining operation and a further hydraulic cylinder for actuating a hold-down, which exerts a hold-down force on the workpieces around the joint during the joining operation, see for example WO 93/24258 and EP 0675774. In the Method and the device according to EP 0675774, a "substantial" hold-down force is exerted before and during the joining process, which can be up to 1.5 tons according to the information in this document. In practice, holding-down forces of the order of, for example, 8-10 kN are used. Although this method has its advantages, the use of a large hold-down force before and during the joining process also has its disadvantages. For example, the large hold-down force during the joining process prevents unimpeded deformation of the punch rivet. The use of a large hold-down force before the joining process causes certain disadvantages in the combined stamped rivet bonding method, since the large hold-down force hinders the pressing and flow of the adhesive from the joining zone.

Durch eine offenkundige Vorbenutzung der Anmelderin ist es bereits bekannt geworden, während des Fügevorganges mittels einer Feder eine kleine Niederhalterkraft auszuüben und gegen Ende des Fügevorganges die Niederhalterkraft dadurch zu erhöhen, dass der Stempelkolben des Hydraulikzylinders einen Teil der Setzkraft über eine Anschlagverbindung auf den Niederhalter überträgt. Eine ähnliche Anordnung ist aus der bereits erwähnten EP 0675774 B1 bekannt, bei der bereits vor und während des Fügevorganges durch einen eigenen Hydraulikzylinder eine große Niederhalterkraft ausgeübt wird, die dann gegen Ende des Nietvorganges durch eine Anschlagverbindung zwischen dem Stempelkolben und dem Niederhalterkolben laut Angaben in dieser Druckschrift kurzfristig auf Werte bis ungefähr 5 Tonnen erhöht wird.By an obvious prior use of the applicant, it is already known to exert a small hold-down force during the joining process by means of a spring and to increase the hold-down force by the end of the joining process, that the plunger of the hydraulic cylinder transmits a portion of the setting force via a stop connection on the hold-down. A similar arrangement is from the already mentioned EP 0675774 B1, in which a large hold-down force is exerted already before and during the joining process by its own hydraulic cylinder, which then increases towards the end of the riveting operation by a stop connection between the plunger and the hold-down piston according to information in this document at short notice to values up to about 5 tons becomes.

Aus der WO 00/29145 ist es bereits bekannt geworden, nach dem Fügevorgang den Stempel zurückzuziehen und, wenn der Stempel zurückgezogen ist, eine Niederhalterkraft auf die Werkstücke auszuüben, um Verformungen der plattenförmigen Werkstücke (Bleche) aus ihrer Ebene heraus zu verringern. Hierzu offenbart dieses Dokument zwei grundsätzliche Möglichkeiten, um dies zu erreichen. Gemäß der einen Möglichkeit wird für den Niederhalter eine Rückhaltevorrichtung vorgesehen, die ein Nachgeben des Niederhalters nach dem Fügevorgang verhindert, wenn der untere Schenkel des bei Nietsetzgeräten üblichen C-Rahmens nach dem Zurückfahren des Stempels zurückfedert. Gemäß der anderen Möglichkeit werden der Stempel und der Niederhalter während des Fügevorganges über eine Anschlagverbindung gleichzeitig mit einem hohen Druck beaufschlagt, und nach dem Fügevorgang wird der Stempel etwas zurückgefahren, worauf dann der Niederhalter erneut mit Hydraulikdruck beaufschlagt, um eine relativ große Niederhalterkraft auszuüben. In diesem Dokument wird ferner erwähnt, dass während des Fügevorganges eine große oder kleine oder überhaupt keine Niederhalterkraft ausgeübt werden kann.From WO 00/29145 it has already become known to withdraw the punch after the joining operation and, when the punch is retracted, to exert a hold-down force on the workpieces in order to reduce deformations of the plate-shaped workpieces (sheets) out of their plane. For this purpose, this document discloses two basic ways to achieve this. According to one possibility, a retaining device is provided for the hold-down device, which prevents yielding of the hold-down after the joining operation, when the lower leg of the usual in riveting C-frame springs back after returning the punch. According to the other possibility, the punch and the hold-down are simultaneously subjected to a high pressure during the joining operation via a stop connection, and after the joining operation, the punch is slightly retracted, whereupon the hold-down is again subjected to hydraulic pressure to exert a relatively large hold-down force. It is also mentioned in this document that a great or little or no hold-down force can be exerted during the joining process.

Ferner ist es im Stand der Technik bereits bekannt, vor dem Fügevorgang mindestens eine kleine Niederhalterkraft aufzubringen, um die Werkstücke vor dem Fügevorgang aneinander anzudrücken und unverschiebbar zu halten und um insbesondere eine Niet- und Werkstückkontrolle durchzuführen, siehe beispielsweise WO 93/24258.Furthermore, it is already known in the prior art to apply at least one small hold-down force before the joining operation in order to press the workpieces against each other before the joining operation and to hold them immovably and in particular to perform a rivet and workpiece control, see for example WO 93/24258.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen und eine Vorrichtung zum Betätigen eines Fügewerkzeuges zum Fügen mindestens zweier plattenförmiger Werkstücke aus artgleichen und unterschiedlichen Materialien zu schaffen, welche trotz großer Einfachheit und kompakter Bauweise die Möglichkeit bieten, eine Beeinträchtigung des Fügevorganges durch den Niederhalter zu vermeiden und dennoch eine qualitativ hochwertige Fügeverbindung bei minimaler Verformung der Werkstücke außerhalb der Fügestelle sicher zu stellen.The present invention has for its object to provide a method for joining and a device for actuating a joining tool for joining at least two plate-shaped workpieces of similar and different materials, which despite great simplicity and compact design offers the possibility to avoid an impairment of the joining process by the hold-down and yet to ensure a high-quality joint with minimal deformation of the workpieces outside the joint.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 1 definiert.The method according to the invention is defined in claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden während des Fügevorgangs eine hohe Stempelkraft für den Fügevorgang und im Wesentlichen keine Niederhalterkraft zum Ermöglichen einer ungehinderten Verformung des Fügebereichs ausgeübt und nach dem Fügevorgang gleichzeitig eine hohe Stempelkraft und eine hohe Niederhalterkraft zum Reduzieren von Materialverformungen der Werkstücke und zum Erzeugen einer Verdichtungswirkung im Fügebereich ausgeübt.In the method according to the invention, a high punching force is exerted during the joining operation for the joining process and substantially no hold-down force to allow unimpeded deformation of the joining region and simultaneously a high punching force and a high holding force for reducing material deformations of the workpieces and for producing a compacting effect after the joining process exercised in the joining area.

Unter Fügevorgang ist hierbei, wie üblich, der Vorgang zwischen Anfang und Ende der zum Herstellen der Fügeverbindung erforderlichen Verformungen zu verstehen. Im Falle des Stanznietens ist dies der Vorgang zwischen Beginn und Ende des Eindringens des Stanznietes in die zu fügenden Werkstücke. Im Falle des Durchsetzfügens (Clinchens) ist dies der Vorgang zwischen Anfang und Ende der Verformung der Werkstücke in die Fügezone.Under joining process is here, as usual, to understand the process between the beginning and end of the required to make the joint connection deformations. In the case of punch riveting, this is the process between the beginning and end of the penetration of the punch rivet into the workpieces to be joined. In the case of clinching, this is the process between the beginning and the end of the deformation of the workpieces into the joining zone.

Die nach dem Fügevorgang ausgeübte Niederhalterkraft ist so zu wählen, dass während des Fügevorganges erfolgte Aufwölbungen der Werkstücke um die Fügestelle herum reduziert werden und ferner eine gewisse Verdichtungswirkung auf die Werkstücke ausgeübt wird, um die Verbindungsqualität zu erhöhen und um eine ausreichende Endfestigkeit der Verbindung zu erzielen. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass gleichzeitig eine hohe Stempelkraft auf die Fügestelle ausgeübt wird, um zu verhindern, dass die hohe Niederhalterkraft die Fügestelle beeinträchtigt. Die gesamte Oberfläche der Fügestelle und des umgebenden Werkstückbereiches wird somit nach dem Fügevorgang mit hohen Kräften beaufschlagt, wodurch im übrigen auch ein Rückfedern des bei derartigen Werkzeugen üblicherweise vorgesehenen C-Rahmens verringert wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der C-Rahmen leichter als im Stand der Technik gebaut werden kann, da während des Fügevorgangs im Wesentlichen keine Niederhalterkraft ausgeübt wird und der C-Rahmen daher lediglich die Stempelkraft aufnehmen muss.The hold-down force exerted after the joining operation is to be selected such that bulges of the workpieces around the joint are carried out during the joining process and, furthermore, a certain compression effect is exerted on the workpieces in order to increase the connection quality and to achieve a sufficient final strength of the connection , Important in this context is that at the same time a high punch force is exerted on the joint to prevent the high hold-down force affecting the joint. The entire surface of the joint and of the surrounding workpiece area is thus subjected to high forces after the joining process, whereby, moreover, springback of the C-frame usually provided in such tools is also reduced. Another advantage of the method according to the invention is that the C-frame is lighter than that built in the prior art can be, since during the joining process essentially no hold-down force is applied and the C-frame therefore only has to absorb the punch force.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 18 definiert.An embodiment of a device according to the invention is defined in claim 18.

Erfindungsgemäß besitzt diese Vorrichtung nur einen einzigen hydraulischen Zylinder, der von dem Hauptkolben für den Stempel in eine kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer und in eine kolbenstangenseitige Arbeitskammer unterteilt wird. Der zum Betätigen des Niederhalters dienende Niederhalterkolben ist in der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer des Zylinders angeordnet, und die auf axial entgegengesetzten Seiten des Niederhalterkolbens liegenden Abschnitte der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer sind durch eine Strömungsverbindung miteinander verbunden, so dass der Niederhalterkolben auf seinen axial entgegengesetzten Seiten mit dem in der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer herrschenden Druck beaufschlagt werden kann.According to the invention, this device has only a single hydraulic cylinder, which is subdivided by the main piston for the punch in a piston rod remote working chamber and in a piston rod side working chamber. The holding-down piston serving to operate the hold-down is disposed in the piston rod-side working chamber of the cylinder, and the portions of the piston-rod-side working chamber located on axially opposite sides of the hold-down piston are interconnected by fluid communication, so that the hold-down piston on its axially opposite sides with that in the piston rod side Working chamber prevailing pressure can be applied.

Diese konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung erlaubt es, das oben erläuterte erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hierzu wird insbesondere vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Fügestellung hat, in der die kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer mit einem Druck zum Ausführen des Fügevorganges beaufschlagt ist und die kolbenstangenseitige Arbeitskammer drucklos ist, und dass sie eine Nachbearbeitungsstellung hat, in der beide Arbeitskammern mit einem hohen Druck beaufschlagt sind, so dass nach dem Fügevorgang eine hohe Niederhalterkraft und eine hohe Stempelkraft auf die Fügestelle und den umgebenden Werkstückbereich ausgeübt werden.This structural design of the device makes it possible to carry out the method according to the invention explained above. For this purpose, it is provided in particular that the device has a joining position in which the piston rod facing away from the working chamber is subjected to a pressure for performing the joining process and the piston rod side working chamber is depressurized, and that it has a post-processing position in which both working chambers are subjected to a high pressure , So that after the joining process, a high hold-down force and a high punching force are exerted on the joint and the surrounding workpiece area.

Da somit zum Betätigen des Stempels und des Niederhalters nur ein einziger hydraulischer Zylinder mit nur zwei Arbeitskammern benötigt werden, kommt die Vorrichtung mit nur zwei Anschlüssen und zwei Schläuchen aus, wodurch der konstruktive Aufwand entsprechend verringert und insbesondere die hydraulische Steuerung vereinfacht wird. Außerdem erlaubt die Erfindung eine kompakte Bauweise der Vorrichtung, da der Hauptkolben und der Niederhalterkolben gewissermaßen ineinander greifen. Eine Hubvergrößerung wirkt sich daher bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nur einfach aus, wogegen bei einem Anrieb mit zwei getrennten Hydraulikzylindern eine Hubvergrößerung sich doppelt auswirkt.Since thus only a single hydraulic cylinder with only two working chambers are required to operate the punch and the blank, the device comes with only two ports and two hoses, which reduces the design effort accordingly and in particular the hydraulic control is simplified. In addition, the invention allows a compact design of the device, since the main piston and the Hold-down piston in a sense interlock. An increase in stroke therefore has only a simple effect on the device designed according to the invention, whereas in the case of an attachment with two separate hydraulic cylinders, a stroke magnification has a double effect.

Eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 19 definiert.Another embodiment of a device according to the invention is defined in claim 19.

Bei dieser Ausführungsform sind zwar zwei hydraulische Zylinder vorgesehen. Da jedoch zwei Arbeitskammern der beiden Zylinder durch eine Strömungsverbindung ständig miteinander verbunden sind, ergeben sich zum Teil die gleichen Vorteile wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. So sind nur zwei Druckmittelanschlüsse erforderlich, was wiederum den konstruktiven Aufwand verringert und die hydraulische Steuerung vereinfacht.In this embodiment, although two hydraulic cylinders are provided. However, since two working chambers of the two cylinders are constantly connected to one another by a flow connection, the same advantages result in part as in the embodiment described above. So only two pressure medium connections are required, which in turn reduces the design effort and simplifies the hydraulic control.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Fügevorgang selbst durch keine Niederhalterkraft beeinträchtigt wird. Beim Setzen von Stanznieten beispielsweise führt dies dazu, dass sich der Stanzniet in den Werkstücken ungehindert und ungezwungen verformen kann. Es ergibt sich somit ein definiertes Umformverhalten des Niet, das zu einem etwas größeren Grundboden des Nietes als beim Stanznieten mit hoher Niederhalterkraft führt. Rissbildungen im Niet lassen sich dadurch vermeiden.An important advantage of the invention is that the joining process itself is not affected by any hold-down force. When setting punched rivets for example, this leads to the fact that the punch rivet in the workpieces can deform unhindered and informal. This results in a defined forming behavior of the rivet, which leads to a slightly larger bottom of the rivet than the punch riveting with high hold-down force. Cracks in the rivet can be avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit besonderem Vorteil in Verbindung mit einem Klebeverfahren verwenden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass zwischen den Werkstücken zumindest im Fügebereich eine Klebstoffschicht vorgesehen wird, ehe der Niederhalter gegen die Werkstücke angedrückt wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Fügevorgang nur eine kleine Niederhalterkraft und während des Fügevorgangs im wesentlichen keine Niederhalterkraft ausgeübt werden, kann der Klebstoff während des Fügevorgangs ungehindert verpresst werden und aus der Fügezone abfließen. Auch führt der Verzicht auf eine Niederhalterkraft während des Fügevorgangs zu einer Verringerung von Luftblasenbildung zwischen den Werkstücken, wie noch genauer erläutert wird.The method according to the invention can be used with particular advantage in conjunction with an adhesive method. In a further embodiment of the invention, it is therefore provided that an adhesive layer is provided between the workpieces, at least in the joint area, before the hold-down device is pressed against the workpieces. Since only a small hold-down force and during the joining process substantially no hold-down force are exerted in the inventive method before the joining process, the adhesive can be pressed freely during the joining process and flow out of the joining zone. The absence of a hold-down force during the joining process to a reduction of air bubbles between the workpieces, as will be explained in more detail.

Eine weitere Verringerung der Gefahr von Luftblasenbildung lässt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreichen, dass Stanzniete verwendet werden, bei denen die Umfangsfläche des Nietschaftes zumindest in einem vorgegebenen Bereich in Richtung auf den Nietkopf divergierend, vorzugsweise konusförmig, ausgebildet ist. Der auf diese Weise ausgebildete Nietschaft übt während des Fügevorgangs auf das stempelseitige Werkstück eine Kraft aus, die ein Rückfedern des stempelseitigen Werkstückes verhindert oder zumindest reduziert, so dass die Werkstücke in der Fügezone in Anlage bleiben. Auch dies verringert die Gefahr von Luftblasenbildung, wie ebenfalls noch genauer erläutert wird.A further reduction of the risk of air bubble formation can be achieved in a further embodiment of the invention in that punch rivets are used, in which the peripheral surface of the rivet shank is divergent, preferably cone-shaped, at least in a predetermined region in the direction of the rivet head. The rivet shank formed in this way exerts a force on the punch-side workpiece during the joining operation, which prevents or at least reduces the spring-back of the punch-side workpiece, so that the workpieces remain in abutment in the joining zone. This also reduces the risk of air bubbles, as will be explained in more detail.

Wie bereits erwähnt, wird durch die Erfindung ferner ein Rückfedern des üblicherweise vorgesehenen C-Rahmens verringert, wodurch die Verbindungsqualität und Endfestigkeit der Fügeverbindung entsprechend verbessert werden.As already mentioned, the invention further reduces spring-back of the usually provided C-frame, whereby the connection quality and final strength of the joint connection are correspondingly improved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

  • Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Fügewerkzeug in seiner Grundstellung;
  • Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch das Fügewerkzeug in der Vorbearbeitungsstellung;
  • Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch das Fügewerkzeug in der Fügestellung und Nach-Bearbeitungsstellung;
  • Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Fügewerkzeug der Fign. 1 bis 3 mit einer Ventilanordnung für die hydraulische Steuerung des Fügewerkzeuges in seiner Grundstellung;
  • Fign. 5 bis 8 der Fig. 4 entsprechende Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen des Fügewerkzeuges und der Ventilanordnung.
  • Fig. 9 einen in spezieller Weise ausgebildeten Stanzniet zur Verwendung mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Reference to the drawings, an embodiment of the invention will be explained in more detail. It shows:
  • 1 shows a longitudinal section through a joining tool in its basic position.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the joining tool in the pre-machining position corresponding to FIG. 1; FIG.
  • 3 shows a longitudinal section corresponding to FIG. 1 through the joining tool in the joining position and post-processing position;
  • 4 shows a longitudinal section through the joining tool of FIGS. 1 to 3 with a valve arrangement for the hydraulic control of the joining tool in its basic position;
  • FIGS. 5 to 8 of Fig. 4 corresponding representations of modified embodiments of the joining tool and the valve assembly.
  • Figure 9 illustrates a specially formed punch rivet for use with the method and apparatus of the invention.

Das in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Fügewerkzeug 2 dient zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen zwei (oder mehr) plattenförmigen Werkstücken A und B (Blechen). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fügewerkzeug 2 ein Nietsetzgerät zum Setzen von Stanznieten N, wenngleich das Fügewerkzeug 2 auch ein anderes Werkzeug wie z. b. ein Gerät zum Durchsetzfügen (Clinchen) sein kann. Da Stanzniete und Stanznietverbindungen grundsätzlich bekannt sind, wird hierauf nicht näher eingegangen.The joining tool 2 shown only schematically in the drawing serves for producing a joint connection between two (or more) plate-shaped workpieces A and B (sheets). In the illustrated embodiment, the joining tool 2 is a riveting tool for setting punch rivets N, although the joining tool 2 and another tool such. b. a device for clinching can be. Since punch rivets and punched rivet joints are basically known, this will not be discussed in detail.

Das Fügewerkzeug 2 umfasst eine Betätigungsvorrichtung in Form eines hydraulischen Zylinders 4 sowie eine Matrize 6, an der die Werkstücke A, B abgestützt werden. Der Zylinder 4 ist an einem C-Rahmen (nicht gezeigt) abgestützt, wie dies bei derartigen Fügewerkzeugen üblich ist.The joining tool 2 comprises an actuating device in the form of a hydraulic cylinder 4 and a die 6, on which the workpieces A, B are supported. The cylinder 4 is supported on a C-frame (not shown), as is common in such joining tools.

Der Zylinder 4 hat einen zylindrischen Innenraum 10, in dem ein Hauptkolben 12 mit einer Kolbenstange 14 verschiebbar angeordnet ist. Die Kolbenstange 14 des Hauptkolbens 12 ist mit einem Stempel 16 zum Setzen des Nietes N fest verbunden.The cylinder 4 has a cylindrical inner space 10, in which a main piston 12 with a piston rod 14 is slidably disposed. The piston rod 14 of the main piston 12 is fixedly connected to a punch 16 for setting the rivet N.

Wie aus den Fign. 1 bis 3 hervorgeht, unterteilt der Hauptkolben 4 den zylindrischen Innenraum 10 in eine kolbenstangenabgewandte obere Arbeitskammer 10a und in eine kolbenstangenseitige untere Arbeitskammer 10b. In der unteren Arbeitskammer 10b ist ein Niederhalterkolben 18 angeordnet, der über eine Kolbenstange 20 mit einem rohrförmigen Niederhalter 22 fest verbunden ist. Der Niederhalterkolben 18 und seine Kolbenstange 20 umgeben die Kolbenstange 14 des Hauptkolbens 12 koaxial und sind an der zylindrischen Innenwand des Zylinders 4 gleitend so geführt, dass sie relativ zu dem Hauptkolben 12 axial verschiebbar sind.As shown in Figs. 1 to 3, the main piston 4 divides the cylindrical inner space 10 into a piston rod-facing upper working chamber 10a and into a piston rod-side lower working chamber 10b. In the lower working chamber 10b, a hold-down piston 18 is arranged, which is fixedly connected via a piston rod 20 with a tubular holding-down device 22. The hold-down piston 18 and its piston rod 20 surround the piston rod 14 of the main piston 12 coaxially and are slidably guided on the cylindrical inner wall of the cylinder 4 so that they are axially displaceable relative to the main piston 12.

Die obere Arbeitskammer 10a ist über einen Druckmittelanschluss 24 wahlweise mit einem gesteuerten Fluiddruck (Hydraulikdruck) beaufschlagbar oder druckentlastbar, während die untere Arbeitskammer 10b ebenfalls über einen eigenen Druckmittelanschluss 26 wahlweise mit einem gesteuerten Fluiddruck beaufschlagbar oder druckentlastbar ist. Wie in den Figuren schematisch angedeutet, sind die beidseitig zum Niederhalterkolben 18 liegenden Abschnitte der Arbeitskammer 10b durch eine Strömungsverbindung 28 miteinander verbunden, so dass die axial gegenüberliegenden Seiten des Niederhalterkolbens 18 immer mit dem gleichen Fluiddruck beaufschlagt werden. Die Strömungsverbindung 28 kann aus einer oder mehreren den Niederhalterkolben 18 durchdringenden Bohrungen oder auch in anderer Weise, z. B. durch eine oder mehrere Längsnuten am Außenumfang des Niederhalterkolbens 18, gebildet werden.The upper working chamber 10a can be pressurized or relieved of pressure via a pressure medium connection 24, optionally with a controlled fluid pressure (hydraulic pressure), while the lower working chamber 10b can also be acted upon or relieved of pressure via its own pressure medium connection 26 with a controlled fluid pressure. As indicated schematically in the figures, the portions of the working chamber 10b located on both sides of the hold-down piston 18 are connected to one another by a flow connection 28 connected, so that the axially opposite sides of the hold-down piston 18 are always acted upon with the same fluid pressure. The flow connection 28 may consist of one or more of the hold-down piston 18 penetrating holes or in other ways, for. B. by one or more longitudinal grooves on the outer periphery of the hold-down piston 18, are formed.

Ferner ist zwischen der Kolbenstange 14 des Hauptkolbens 12 und der hülsenförmigen Kolbenstange 20 des Niederhalterkolbens 18 eine Anschlagverbindung 30 vorgesehen, die nur in einer axialen Richtung wirksam ist, und zwar bei Bewegungen des Hauptkolbens 12 in Richtung weg von der unteren Arbeitskammer 10b (also nach oben in den Figuren).Further, a stopper connection 30 is provided between the piston rod 14 of the main piston 12 and the sleeve-shaped piston rod 20 of the hold-down piston 18, which is effective only in one axial direction, with movements of the main piston 12 in the direction away from the lower working chamber 10b (ie upwards in the figures).

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:The operation of the device described is as follows:

In Fig. 1 befindet sich die Vorrichtung in ihrer Grundstellung, in der die obere Arbeitskammer 10a über den Druckmittelanschluss 24 drucklos gehalten wird und die untere Arbeitskammer 10b über den Druckmittelanschluss 26 mit einem relativ kleinen Fluiddruck beaufschlagt wird. Durch den in der unteren Arbeitskammer 10b herrschenden Fluiddruck wird der Hauptkolben 12 in seine obere Endstellung gedrückt. Auf den Niederhalterkolben 18 wirkt an seinen axial entgegengesetzten Seiten der in der unteren Arbeitskammer 10b herrschende Fluiddruck. Da die Oberseite des Niederhalterkolbens 18 um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 20 größer als seine Unterseite ist, wirkt auf den Niederhalterkolben 18 eine nach unten wirkende Druckdifferenz. Durch die zwischen den beiden Kolbenstangen 14 und 20 wirkende Anschlagverbindung 30 wird der Niederhalterkolben 18 jedoch in einer Grundstellung gehalten, in der er die in Fig. 1 gezeigte axial mittlere Lage einnimmt.In Fig. 1, the device is in its normal position, in which the upper working chamber 10 a is held without pressure via the pressure medium connection 24 and the lower working chamber 10 b is acted upon via the pressure medium connection 26 with a relatively small fluid pressure. By prevailing in the lower working chamber 10b fluid pressure of the main piston 12 is pressed into its upper end position. On the hold-down piston 18 acts on its axially opposite sides of the prevailing in the lower working chamber 10b fluid pressure. Since the upper side of the holding-down piston 18 is larger than its underside by the cross-sectional area of the piston rod 20, a downwardly acting pressure difference acts on the hold-down piston 18. By acting between the two piston rods 14 and 20 stop connection 30 of the hold-down piston 18 is, however, held in a basic position in which he occupies the axial middle position shown in FIG.

Der Bearbeitungsvorgang zum Setzen des Stanznietes N und somit zum Herstellen der Fügeverbindung erfolgt in drei Arbeitsschritten:The machining process for setting the punch rivet N and thus for producing the joint connection takes place in three steps:

In einem ersten Arbeitsschritt, vor dem Fügevorgang, werden der Hauptkolben 12 und der Niederhalterkolben 18 in eine Vorbearbeitungsstellung bewegt, in der der Niederhalter 20 und der Niet N mit einer vergleichsweise niedrigen Kraft gegen die Werkstücke A und B angedrückt werden, s. Fig. 2. Zu diesem Zweck werden beide Arbeitskammern 10a, 10b jeweils über ihren Druckmittelanschluss 24 und 26 mit einem niedrigen Fluid-druck beaufschlagt. Da die Oberseite des Hauptkolbens 12 um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 14 größer ist als seine Unterseite, übt der Stempel 8 eine entsprechende nach unten gerichtete Stempelkraft auf den Niet N aus. Auch der Niederhalterkolben 18 wird aufgrund der erwähnten Flächendifferenz durch den Fluiddruck nach unten gedrückt, so dass der Niederhalter 20 eine entsprechende Niederhalterkraft auf die Werkstücke A, B ausübt. Die Stempelkraft und die Niederhalterkraft müssen lediglich so groß sein, dass die Werkstücke A, B miteinander und mit der Matrize 6 unverschiebbar in Anlage gehalten werden und eine Niet- und Werkzeugkontrolle durchgeführt werden kann. Die Niederhalterkraft ist vorzugsweise kleiner als 7,8 kN und kann beispielsweise in der Größenordnung von 3 bis 5 kN liegen. Im Allgemeinen genügt eine Niederhalterkraft von weniger als 3,9 kN. Die Stempelkraft ist vorzugsweise kleiner als 5 kN und kann in der Größenordnung 1 bis 3 kN liegen.In a first step, before the joining operation, the main piston 12 and the hold-down piston 18 are moved to a Vorbearbeitungsstellung in which the hold-down 20 and the rivet N are pressed against the workpieces A and B with a comparatively low force, s. Fig. 2. For this purpose, both working chambers 10a, 10b respectively acted on their pressure medium connection 24 and 26 with a low fluid pressure. Since the upper surface of the main piston 12 is larger than the underside thereof by the cross-sectional area of the piston rod 14, the plunger 8 exerts a corresponding downward punching force on the rivet N. Also, the hold-down piston 18 is pressed down due to the mentioned surface difference by the fluid pressure, so that the hold-down 20 exerts a corresponding hold-down force on the workpieces A, B. The punch force and the hold-down force need only be so large that the workpieces A, B are held immovably in contact with each other and with the die 6 and a rivet and tool control can be performed. The hold-down force is preferably less than 7.8 kN and may for example be of the order of 3 to 5 kN. In general, a hold-down force of less than 3.9 kN is sufficient. The stamping force is preferably less than 5 kN and may be of the order of 1 to 3 kN.

In dem zweiten Bearbeitungsschritt, dem Fügevorgang, nimmt die Vorrichtung die in Fig. 3 dargestellte Fügestellung ein, in der die obere Arbeitskammer 10a über den Druckmittelanschluss 24 mit dem für den Fügevorgang erforderlichen Fluiddruck beaufschlagt wird, während die untere Arbeitskammer 10b über den Druckmittelanschluss 26 drucklos gemacht wird. Der Hauptkolben 12 übt dann über die Kolbenstange 14 und den Stempel 16 die zum Herstellen der Fügeverbindung erforderliche Stempelkraft auf die Fügestelle 8 bzw. den Niet N aus, siehe Fig. 3. Da ferner die untere Arbeitskammer 10b drucklos ist, hat der Niederhalter 20 während des Fügevorganges keine Funktion. Es versteht sich, dass in hydraulischen Systemen auf der Niederdruckseite immer ein Restdruck vorhanden ist, so dass die untere Arbeitskammer 10b nicht vollständig drucklos gemacht werden kann. Die sich hierdurch ergebende Niederhalterkraft, die beispielsweise in der Größenordnung von 0,3 bis 0,5 kN liegt, ist jedoch vernachlässigbar. Je nach dem Material der eingesetzten Werkstücke hat eine Niederhalterkraft von z.B. weniger als 4 kN keinen messbaren Einfluss auf die Werkstückeigenschaften. Dies gilt in jedem Fall für Niederhalterkräften von weniger als 1,5 kN.In the second processing step, the joining process, the device assumes the joining position shown in FIG. 3, in which the upper working chamber 10 a is acted upon via the pressure medium connection 24 with the fluid pressure required for the joining process, while the lower working chamber 10 b is depressurized via the pressure medium connection 26 is done. The main piston 12 then exerts via the piston rod 14 and the punch 16 the stamping force required for producing the joint connection on the joint 8 or the rivet N, see FIG. 3. Further, since the lower working chamber 10b is depressurized, the hold-down 20 has the joining process no function. It is understood that in hydraulic systems on the low pressure side there is always a residual pressure, so that the lower working chamber 10b can not be made completely depressurized. However, the resulting holding-down force, which is for example in the order of 0.3 to 0.5 kN, is negligible. Depending on the material of the workpieces used, a hold-down force of, for example, less than 4 kN no measurable influence on the workpiece properties. In any case, this applies to hold-down forces of less than 1.5 kN.

Wie bereits eingangs erwähnt, hat der Verzicht auf eine nennenswerte Niederhalterkraft den Vorteil, dass sich der Stanzniet N während des Setzvorganges ungehindert verformen kann, so dass es zu einem definierten Umformverhalten des Stanzniet kommt. Im Vergleich zu einer Arbeitsweise mit hoher Niederhalterkraft kommt es dann zu einem etwas größeren Grundboden des Stanznietes, was die Gefahr von Rissbildungen verringert.As already mentioned, dispensing with a significant hold-down force has the advantage that the punch rivet N can deform unhindered during the setting process, so that a defined forming behavior of the punch rivet occurs. Compared to a procedure with high hold-down force then comes to a slightly larger bottom of the punch rivet, which reduces the risk of cracking.

Die zum Setzen des Stanznietes N erforderliche Stempelkraft liegt in einer üblichen Größenordnung von z. B. 30 bis 80 kN.The required for setting the punch rivet N stamping force is in a usual order of z. B. 30 to 80 kN.

In dem sich an den Fügevorgang anschließenden dritten Bearbeitungsschritt, bei dem sich die Vorrichtung in einer ebenfalls durch die Fig. 3 veranschaulichten Nachbearbeitungsstellung befindet, werden beide Arbeitskammern 10a und 10b jeweils über ihre Druckmittelanschlüsse 24 und 26 mit einem hohen Fluiddruck beaufschlagt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise so, dass der in der Arbeitskammer 10a herrschende hohe Fluiddruck aufrechterhalten wird, während die Arbeitskammer 10b über den Druckmittelanschluss 26 mit demselben hohen Fluiddruck oder einem ähnlich hohen Fluiddruck beaufschlagt wird.In the third processing step subsequent to the joining process, in which the apparatus is in a post-processing position likewise illustrated by FIG. 3, both working chambers 10a and 10b are respectively subjected to high fluid pressure via their pressure medium connections 24 and 26. This is expediently carried out such that the high fluid pressure prevailing in the working chamber 10a is maintained, while the working chamber 10b is subjected to the same high fluid pressure or a similarly high fluid pressure via the pressure medium connection 26.

Um sicherzustellen, dass die Umformung des Stanznietes während des Setzvorganges ungehindert zu Ende gehen kann, erfolgt die Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 10b und damit der Aufbau der Niederhalterkraft vorzugsweise erst eine kurze Zeitdauer nach Beendigung des Setzvorganges. Diese Zeitdauer beträgt beispielsweise 0,2 bis 0,3 Sekunden und ist vorzugsweise größer als 0,1 Sekunden.To ensure that the deformation of the punch rivet during the setting process can end without hindrance, the pressurization of the working chamber 10b and thus the structure of the hold-down force is preferably carried out only a short period of time after completion of the setting process. This period of time is for example 0.2 to 0.3 seconds and is preferably greater than 0.1 seconds.

Durch die beschriebene Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 10a und 10b wird der Stempel 16 aufgrund der oben erwähnten Flächendifferenz des Hauptkolbens 12 mit einer hohen Stempelkraft gegen den Niet N angedrückt. Gleichzeitig wird der Niederhalter 20 aufgrund der Flächendifferenz des Niederhalterkolbens 18 mit einer großen Niederhalterkraft gegen die Werkstücke A, B angedrückt. Die hohe Niederhalterkraft hat den Zweck, etwaige Verformungen der Werkstücke A, B um die Nietstelle herum aus ihrer Plattenebene heraus zu verringern und außerdem in diesem Bereich eine gewisse Verdichtungswirkung auf die Werkstücke A, B auszuüben, um ihre Endfestigkeit zu erhöhen und dadurch die Verbindungsqualität zu verbessern. Da ferner nicht nur der Niederhalter 20, sondern auch der Stempel 16 eine hohe Kraft auf die Fügeverbindung ausübt, erfolgt eine gewisse Vergleichmäßigung der Krafteinwirkung. Ferner werden durch die Stempelkraft und die Niederhalterkraft ein Rückfedern des C-Rahmens (nicht gezeigt) verhindert oder zumindest verringert.Due to the described pressurization of the working chamber 10a and 10b of the punch 16 is pressed against the rivet N due to the above-mentioned surface difference of the main piston 12 with a high punch force. At the same time, the hold-down 20 is pressed against the workpieces A, B due to the surface difference of the hold-down piston 18 with a large hold-down force. The high hold-down force has the purpose, any Deformations of the workpieces A, B to reduce around the riveting out of its plane and also in this area a certain compression effect on the workpieces A, B exercise to increase their final strength and thereby improve the quality of the connection. Further, since not only the hold-down 20, but also the punch 16 exerts a high force on the joint connection, a certain equalization of the force occurs. Furthermore, by the stamping force and the hold-down force, a return springing of the C-frame (not shown) is prevented or at least reduced.

Die Stempelkraft und die Niederhalterkraft müssen je nach Anwendungsfall zum Erreichen dieser Funktionen gewählt werden. Vorzugsweise ist die Niederhalterkraft größer als 5 kN und insbesondere größer als 7,8 kN. Die Stempelkraft ist vorzugsweise größer als 5 kN und insbesondere größer als 6,5 kN.The punch force and the holding force must be selected depending on the application to achieve these functions. Preferably, the hold-down force is greater than 5 kN and in particular greater than 7.8 kN. The stamping force is preferably greater than 5 kN and in particular greater than 6.5 kN.

Die Stempelkraft und die Niederhalterkraft werden während einer vorgegebenen Zeitspanne aufrechterhalten. Anschließend wird die Vorrichtung wieder in ihre in Fig. 1 gezeigte Grundstellung zurückgestellt, indem die obere Arbeitskammer 10a über den Druckmittelanschluss 24 drucklos gemacht wird und die untere Arbeitskammer 10b mit einem geringen Fluiddruck beaufschlagt wird.The punching force and the holding force are maintained for a predetermined period of time. Subsequently, the device is returned to its basic position shown in Fig. 1 by the upper working chamber 10a is made depressurized via the pressure medium connection 24 and the lower working chamber 10b is acted upon by a low fluid pressure.

Fig. 4 zeigt in schematischer Weise ein Fügewerkzeug 2, wie es vorstehend anhand der Fign. 1 bis 3 beschrieben wurde, in Verbindung mit einer Ventilanordnung einer (im übrigen nicht dargestellten) hydraulischen Steuerung zum Betreiben des Fügewerkzeuges. Die Ventilanordnung besteht aus zwei getrennten Wegeventilen 32 und 34, von denen das Wegeventil 32 über den Druckmittelanschluss 24 der Arbeitskammer 10a und das Wegeventil 34 über den Druckmittelanschluss 26 der Arbeitskammer 10b zugeordnet ist, um die Arbeitskammern 10a und 10b entweder mit Druckmittel zu beaufschlagen oder von Druck zu entlasten. Die Wegeventile 32 und 34 steuern somit die Verbindung der Arbeitskammern 10a und 10b jeweils mit einer (nicht dargestellten) Drucksteuereinrichtung (z.B. Proportionalventil) und einem Druckentlastungsbereich des hydraulischen Systems.Fig. 4 shows schematically a joining tool 2, as described above with reference to FIGS. 1 to 3 has been described in connection with a valve arrangement of a (not shown otherwise) hydraulic control for operating the joining tool. The valve arrangement consists of two separate directional control valves 32 and 34, of which the directional control valve 32 is assigned via the pressure medium connection 24 of the working chamber 10a and the directional control valve 34 via the pressure medium connection 26 of the working chamber 10b, either to pressurize the working chambers 10a and 10b with or from Relieve pressure. The directional control valves 32 and 34 thus control the connection of the working chambers 10a and 10b each with a (not shown) Pressure control device (eg proportional valve) and a pressure relief area of the hydraulic system.

Hinsichtlich der Funktionsweise der hydraulischen Steuerung kann auf die vorstehend beschriebene Arbeitsweise anhand der Fign. 1 bis 3 Bezug genommen werden. Ergänzend ist zu beachten:With regard to the operation of the hydraulic control can be applied to the above-described operation with reference to FIGS. 1 to 3 are referred to. In addition, please note:

In der in Fig. 5 dargestellten Grundstellung nimmt das Wegeventil 32 seine Druckentlastungsstellung ein, und das Wegeventil 34 seine Druckbeaufschlagungsstellung. In der Vorbearbeitungsstellung des Fügewerkzeugs befinden sich beide Wegeventile 32, 34 in ihrer Druckbeaufschlagungsstellung, in der beide Arbeitskammern 10a, 10b mit einem niedrigen Druck beaufschlagt werden. In der Fügestellung befinden sich das Wegeventil 32 in seiner Druckbeaufschlagungsstellung und das Wegeventil 34 in seiner Druckentlastungsstellung, um eine hohe Stempelkraft und (im Wesentlichen) keine Niederhalterkraft auszuüben. In der Nachbearbeitungsstellung befinden sich beide Wegeventile 32, 34 in ihrer Druckbeaufschlagungsstellung, um sowohl eine hohe Stempelkraft wie auch eine hohe Niederhalterkraft auszuüben.In the basic position shown in Fig. 5, the directional control valve 32 assumes its pressure relief position, and the directional control valve 34 its pressurization position. In the pre-processing position of the joining tool, both directional valves 32, 34 are in their pressurization position, in which both working chambers 10a, 10b are subjected to a low pressure. In the joining position, the directional control valve 32 is in its pressurization position and the directional control valve 34 is in its pressure relief position in order to exert a high punching force and (essentially) no hold-down force. In the post-processing position, both directional valves 32, 34 are in their pressurization position to exert both a high punch force and a high hold down force.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 4 hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung der Zylinderanordnung des Fügewerkzeugs, wobei der Fig. 4 entsprechende Bauteile der Fig. 5 mit denselben Bezugszeichen, ergänzt um den Buchstaben a, bezeichnet sind. Das Fügewerkzeug der Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 4 dadurch, dass statt eines gemeinsamen hydraulischen Zylinders 4 zwei Zylinder 4a und 5a vorgesehen sind, von denen der Zylinder 4a den Hauptkolben 12a für den Stempel 16a und der Zylinder 5a den Niederhalterkolben 18a für den Niederhalter 22a aufnimmt. Eine Querwand 29 zwischen den Zylindern 4a und 4b begrenzt zusammen mit dem Niederhalterkolben 18a eine Arbeitskammer 31, die im dargestellten Ausführungsbeispiel über einen eigenen Druckmittelanschluss verfügt.The embodiment shown in Fig. 5 differs from that of Fig. 4 in terms of structural design of the cylinder assembly of the joining tool, wherein the Fig. 4 corresponding components of FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, supplemented by the letter a. The joining tool of Fig. 5 differs from that of Fig. 4 in that instead of a common hydraulic cylinder 4, two cylinders 4a and 5a are provided, of which the cylinder 4a, the main piston 12a for the punch 16a and the cylinder 5a, the hold-down piston 18a for the hold 22a receives. A transverse wall 29 between the cylinders 4a and 4b, together with the hold-down piston 18a, defines a working chamber 31, which in the illustrated embodiment has its own pressure medium connection.

Insoweit entspricht die Anordnung herkömmlichen Stanznietwerkzeugen mit getrennten Zylindern für den Stempel und Niederhalter. Im Gegensatz zu den vorbekannten Stanznietwerkzeugen sind jedoch bei der Ausführungsform der Fig. 5 die kolbenstangenseitige Arbeitskammer des Zylinders 4a und die Arbeitskammer 31 des Zylinders 5a durch eine Strömungsverbindung 33 ständig miteinander verbunden. Die Strömungsverbindung 33 kann, wie dargestellt, außerhalb der Zylinder oder auch durch die Querwand 29 hindurch verlaufen.In that regard, the arrangement corresponds to conventional punch riveting tools with separate cylinders for the punch and hold-down. In contrast to the prior art punch riveting tools, however, in the embodiment 5, the piston rod side working chamber of the cylinder 4a and the working chamber 31 of the cylinder 5a by a flow connection 33 constantly connected to each other. The flow connection 33 may, as shown, outside of the cylinder or through the transverse wall 29 extend therethrough.

Aufgrund der ständigen Verbindung zwischen der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer des Zylinders 4a und der Arbeitskammer 31 des Zylinders 5a ergibt sich bei der Anordnung der Fig. 5 die gleiche Funktionsweise wie bei der Anordnung der Fig. 4. So genügen auch im Fall der Fig. 5 zwei einfache Wegeventile 32 und 34 zur Steuerung der Druckbeaufschlagung und -entlastung der einzelnen Arbeitskammern. Hinsichtlich des Betriebs der Anordnung der Fig. 5 kann daher auf die Beschreibung zu Fig. 4 verwiesen werden.Due to the permanent connection between the piston rod-side working chamber of the cylinder 4a and the working chamber 31 of the cylinder 5a results in the arrangement of FIG. 5, the same operation as in the arrangement of Fig. 4. Thus, in the case of Fig. 5 satisfy two simple Directional valves 32 and 34 for controlling the pressurization and discharge of the individual working chambers. With regard to the operation of the arrangement of FIG. 5, reference may therefore be made to the description of FIG. 4.

Hinsichtlich Fig. 6 ist die konstruktive Ausgestaltung des dort gezeigten Fügewerkzeuges mit den hydraulischen Zylindern 4a und 5a identisch zu derjenigen der Fig. 5. Unterschiedlich ist lediglich, dass statt der beiden (parallel geschalteten) Wegeventile 32 und 34 ein Bypassventil 36 und ein Wegeventil 38, die in Reihe geschaltet sind, vorgesehen sind.6, the structural design of the joining tool shown there is identical to that of FIG. 5 with the hydraulic cylinders 4a and 5a. The only difference is that instead of the two directional valves (connected in parallel) 32 and 34, a bypass valve 36 and a directional valve 38 , which are connected in series, are provided.

Das Wegeventil 38 ist zwischen einer (in Fig. 6 dargestellten) Grundstellung und einer Arbeitsstellung verstellbar. In der Grundstellung sperrt das Wegeventil 38 zwei Druckmittelleitungen 37 und 39 gegenüber der Druckquelle und dem Druckentlastungsbereich des hydraulischen Systems. In der Arbeitsstellung verbindet das Wegeventil 38 die Druckmittelleitung 37 mit der Druckquelle und die Druckmittelleitung 39 mit dem Druckentlastungsbereich.The directional control valve 38 is adjustable between a (shown in FIG. 6) basic position and a working position. In the basic position, the directional control valve 38 blocks two pressure medium lines 37 and 39 with respect to the pressure source and the pressure relief area of the hydraulic system. In the working position, the directional control valve 38 connects the pressure medium line 37 to the pressure source and the pressure medium line 39 to the pressure relief area.

Das Bypassventil 36 ist zwischen einer (in Fig. 6 dargestellten) Grundstellung und einer Bypassstellung verstellbar. In der Grundstellung verbindet das Bypassventil 36 die Druckmittelleitung 37 mit dem Druckmittelanschluss 24a und die Druckmittelleitung 39 mit dem Druckmittelanschluss 26a. In der Bypassstellung verbindet das Bypassventil 36 beide Druckmittelanschlüsse 24a und 26a mit der Druckmittelleitung 37.The bypass valve 36 is adjustable between a (shown in FIG. 6) basic position and a bypass position. In the basic position, the bypass valve 36 connects the pressure medium line 37 to the pressure medium connection 24a and the pressure medium line 39 to the pressure medium connection 26a. In the bypass position, the bypass valve 36 connects both pressure medium connections 24a and 26a to the pressure medium line 37.

Die Funktionsweise ist wie folgt: In der Grundstellung nehmen das Bypassventil 36 und das Wegeventil 38 die in Fig. 6 gezeigten Stellungen ein. Für die Vorbearbeitungsstellung des Fügewerkzeugs wird das Wegeventil 38 in seine Arbeitsstellung bewegt, in der es auch für die Füge- und Nachbearbeitungsstellung bleibt.The operation is as follows: In the basic position, the bypass valve 36 and the directional control valve 38, the positions shown in Fig. 6 a. For the Vorbearbeitungsstellung the joining tool, the directional control valve 38 is moved to its working position, in which it remains for the joining and post-processing position.

In der Vorbearbeitungsstellung des Fügewerkzeugs nimmt das Bypassventil 36 seine Bypassstellung ein, in der es die kolbenstangenabgewandte und kolbenstangenseitige Arbeitskammer des Zylinders 4a und die Arbeitskammer 31 des Zylinders 5a über die Druckmittelleitung 37 und das Wegeventil 38 mit der (steuerbaren) Druckquelle des hydraulischen Systems verbindet. Für die Fügestellung wird das Bypassventil 36 in seine Grundstellung zurückbewegt, in der es nun die kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer des Zylinders 4a mit der Druckquelle und die kolbenstangenseitige Arbeitskammer sowie die Arbeitskammer 31 mit dem Druckentlastungsbereich verbindet. In der Nachbearbeitungsstellung schließlich nimmt das Bypassventil 36 erneut die Bypassstellung ein, in der sämtliche Arbeitskammern mit der Druckquelle verbunden werden.In the Vorbearbeitungsstellung of the joining tool, the bypass valve 36 assumes its bypass position, in which it connects the rod rod side and piston rod side working chamber of the cylinder 4 a and the working chamber 31 of the cylinder 5 a via the pressure medium line 37 and the directional control valve 38 with the (controllable) pressure source of the hydraulic system. For the joining position, the bypass valve 36 is moved back into its basic position, in which it now connects the piston rod facing away from the working chamber of the cylinder 4a with the pressure source and the piston rod side working chamber and the working chamber 31 with the pressure relief area. Finally, in the post-processing position, the bypass valve 36 resumes the bypass position in which all the working chambers are connected to the pressure source.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Ventilanordnung der Fig. 6 auch bei einem Fügewerkzeug der Fig. 4 verwendet werden kann.It should be noted that the valve arrangement of FIG. 6 can also be used in a joining tool of FIG. 4.

Das in Fig. 7 dargestellte Fügewerkzeug entspricht hinsichtlich seines konstruktiven Aufbaus weitgehend dem in Fig. 6 dargestellten, wobei sich entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen, bei denen jedoch der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt ist, bezeichnet werden. Unterschiedlich gegenüber Fig. 6 ist jedoch, dass die Strömungsverbindung 33 fehlt. Vielmehr hat die Arbeitskammer 31b des Zylinders 5b einen von den Druckmittelanschlüssen 24b und 26b getrennten Druckmittelanschluss 27b, der über ein Drucksteuerventil 40 (z.B. Proportionalventil) druckbeaufschlagt oder druckentlastet werden kann. Das Fügewerkzeug mit den beiden Zylindern 4b und 5b zum Betätigen des Stempels und des Niederhalters entspricht daher einem herkömmlichen Fügewerkzeug.The joining tool shown in Fig. 7 corresponds in terms of its structural design largely to that shown in Fig. 6, wherein corresponding components with corresponding reference numerals, in which, however, the letter a is replaced by the letter b, are called. Different from Fig. 6, however, is that the flow connection 33 is missing. Rather, the working chamber 31b of the cylinder 5b has a fluid port 27b separate from the fluid ports 24b and 26b which can be pressurized or relieved of pressure via a pressure control valve 40 (e.g., proportional valve). The joining tool with the two cylinders 4b and 5b for actuating the punch and the blank holder therefore corresponds to a conventional joining tool.

Die Druckmittelanschlüsse 24b und 26b der Arbeitskammern des Zylinders 4b sind über ein Bypassventil 36 und ein Wegeventil 38 steuerbar, die mit den entsprechenden Ventilen der Fig. 6 identisch sind.The pressure medium connections 24b and 26b of the working chambers of the cylinder 4b are controllable via a bypass valve 36 and a directional control valve 38, which are identical to the corresponding valves of FIG.

In der Grundstellung nehmen die Ventile die in Fig. 7 gezeigte Grundstellung ein. Zur Betätigung des Bypassventils 36 und des Wegeventils 38 vor, während und nach dem Fügevorgang kann auf die Beschreibung der Fig. 6 verwiesen werden. Das Drucksteuerventil 40 wird so betätigt, dass es die Arbeitskammer 31b in der Vorbearbeitungsstellung mit einem relativ niedrigen Druck, in der Fügestellung mit einem vernachlässigbaren Druck und in der Nachbearbeitungsstellung mit einem hohen Druck beaufschlagt.In the basic position, the valves assume the basic position shown in FIG. 7. For actuation of the bypass valve 36 and the directional control valve 38 before, during and after the joining process, reference may be made to the description of FIG. 6. The pressure control valve 40 is operated to apply a relatively low pressure to the working chamber 31b in the pre-machining position, to a negligible pressure in the joining position, and to a high pressure in the post-processing position.

Die Anordnung der Fig. 7 bietet die Möglichkeit, die kolbenstangenseitige Arbeitskammer des Zylinders 4b in der Nachbearbeitungsstellung über das Bypassventil 36 drucklos zu machen, so dass die vom Hauptkolben 12b ausgeübte Stempelkraft entsprechend erhöht werden kann.The arrangement of FIG. 7 offers the possibility of depressurizing the piston rod-side working chamber of the cylinder 4b in the post-processing position via the bypass valve 36, so that the stamping force exerted by the main piston 12b can be correspondingly increased.

Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 7 lediglich dadurch, dass das Bypassventil 36 der Fig. 7 durch ein Bypassventil 36b ersetzt wurde, das in der Bypassstellung die kolbenstangenabgewandte und kolbenstangenseitige Arbeitskammern des Zylinders 4 miteinander verbindet, sie jedoch gegenüber der Druckquelle des hydraulischen Systems absperrt. In der Vorbearbeitungsstellung sind daher beide Arbeitskammern des Zylinders 4b drucklos, so dass keine Stempelkraft erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform ist daher in der Vorbearbeitungsstellung keine Nieterkennung möglich, wohingegen bei allen anderen Ausführungsformen der Stempel in der Vorbearbeitungsstellung eine Stempelkraft ausübt, die zur Nieterkennung genutzt werden kann. Im übrigen entspricht die Funktionsweise der Anordnung der Fig. 8 der bezüglich Fig. 7 beschriebenen Funktionsweise.The arrangement shown in Fig. 8 differs from that of Fig. 7 only in that the bypass valve 36 of FIG. 7 has been replaced by a bypass valve 36 b, which in the bypass position, the piston rod facing away and piston rod side working chambers of the cylinder 4 with each other, but they shuts off against the pressure source of the hydraulic system. In the Vorbearbeitungsstellung therefore both working chambers of the cylinder 4b are depressurized, so that no stamping force is generated. In this embodiment, therefore, no rivet detection is possible in the pre-processing position, whereas in all other embodiments, the ram in the pre-processing position exerts a punching force that can be used for rivet detection. Otherwise, the mode of operation of the arrangement of FIG. 8 corresponds to the mode of operation described with regard to FIG. 7.

Bei den Ausführungsformen der Fign. 1 bis 7 kann übrigens der erste Arbeitsschritt vor dem Fügevorgang zweistufig in der Weise ausgeführt werden, dass zuerst der Niederhalter mit der erforderlichen vergleichsweise niedrigen Niederhalterkraft beaufschlagt wird und erst danach der Niet über den Stempel mit einer relativ niedrigen Stempelkraft an den Werkstücken angesetzt wird. Dies bietet dann die Möglichkeit, den Niederhalter bereits eine kurze Zeitdauer vor dem Setzen des Nietes drucklos zu machen, da die Werkstücke durch den angesetzten Niet aneinandergepresst bleiben.In the embodiments of FIGS. 1 to 7, incidentally, the first step before the joining process can be performed in two stages in such a way that first the hold-down with the required comparatively low hold-down force is applied and only then the rivet on the stamp with a relatively low punch force is applied to the workpieces. This then makes it possible to depressurize the hold-down already a short period of time before setting the rivet, since the workpieces are pressed together by the attached rivet.

Wie bereits eingangs erwähnt, lässt sich das erfindungsgemäße Nietverfahren besonders vorteilhaft mit dem Kleben zu der Hybridfügetechnik "Stanznieten-Kleben" kombinieren. Bei dieser Hybridfügetechnik wird zwischen den Werkstücken A und B eine Klebstoffschicht K vorgesehen, siehe Fign. 1-3:As already mentioned, the riveting method according to the invention can be combined particularly advantageously with the bonding to the hybrid joining technique "punch riveting-bonding". In this hybrid joining technique, an adhesive layer K is provided between the workpieces A and B, see Figs. 1-3:

Bei dem eingangs geschilderten Nietverfahren nach EP 0675774, bei dem bereits vor und während des Fügevorgangs eine große Niederhalterkraft ausgeübt wird, wird der Klebstoff von dem Niederhalterdruck vor dem Fügevorgang innerhalb der inneren Fügezone eingeschlossen. Während des Fügevorgangs ist daher ein ungehindertes Verpressen und Fließen des Klebstoffes aus der Fügezone radial nach außen nicht möglich. Andererseits begünstigt die große Niederhalterkraft ein Rückfedern des stempelseitigen Werkstückes, nachdem es vom Stanzniet durchstanzt wurde. Dies wiederum kann zur Bildung von Lufteinschlüssen und -kanälen in der Klebstoffschicht führen.In the above-described riveting method according to EP 0675774, in which a large hold-down force is exerted already before and during the joining process, the adhesive is enclosed by the hold-down pressure before the joining process within the inner joining zone. During the joining process, therefore, unimpeded pressing and flowing of the adhesive from the joining zone radially outwards is not possible. On the other hand, the large hold down force promotes springback of the punch side workpiece after being punched by the punch rivet. This in turn can lead to the formation of air pockets and channels in the adhesive layer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen, bei welchem vor dem Fügevorgang nur eine relativ kleine Niederhalterkraft und während des Fügevorgangs im wesentlichen keine Niederhalterkraft ausgeübt wird, ist ein ungehindertes Verpressen und Fließen des Klebstoffes aus der Fügezone radial nach außen während des Fügevorgangs im wesentlichen möglich. Darüber hinaus führt der Verzicht auf eine Niederhalterkraft während des Fügevorgangs zu einem verringerten Rückfedern des stempelseitigen Werkstückes A, was ebenfalls die Gefahr von Lufteinschlüssen und -kanälen in der Klebstoffschicht K verringert.In the method according to the invention, however, in which only a relatively small hold-down force and during the joining process substantially no hold-down force is applied before joining, is an unimpeded pressing and flow of the adhesive from the joining zone radially outwardly during the joining process substantially possible. In addition, the absence of a hold-down force during the joining process leads to a reduced springback of the punch-side workpiece A, which also reduces the risk of trapped air and channels in the adhesive layer K.

Um diese Gefahr weiter zu verringern, werden bei dem kombinierten Stanznieten-Kleben Stanzniete N' wie in Fig.9 dargestellt verwendet. Der Stanzniet N' hat in üblicher Weise einen Nietkopf N1 und einen Nietschaft N2. Im Gegensatz zu herkömmlichen Stanznieten ist jedoch die Umfangsfläche N3 des Nietschaftes N2 nicht zylindrisch, sondern in Richtung auf den Nietkopf N1 leicht divergierend ausgebildet. Genauer gesagt, hat die Umfangsfläche N3 die Form eines Konus mit dem Konuswinkel α. Wird daher der Stanzniet N' mit seiner konusförmigen Umfangsfläche N3 in die Fügeteile A,B eingetrieben (Fig. 3), so übt der Nietschaft N2 aufgrund seiner Konizität auf das stempelseitige Werkstück A eine nach unten gerichtete Kraft aus, die ein Rückfedern des stempelseitigen Werkstücks A unterbindet. Die Werkstücke A,B bleiben daher in der Fügezone in Anlage, so dass eine Spaltbildung zwischen den Werkstücken A, B und damit das Entstehen von Lufteinschlüssen und -kanälen in der Klebstoffschicht K verhindert werden.To further reduce this risk, punch rivets N 'are used in the combined punch rivet bonding as shown in FIG. The punch rivet N 'has in the usual way a rivet head N1 and a rivet N2. In contrast to conventional punch rivets, however, the peripheral surface N3 of the rivet shank N2 is not cylindrical, but slightly divergent in the direction of the rivet head N1. More specifically, the peripheral surface N3 has the shape of a cone with the cone angle α. Therefore, the punch rivet N 'is driven with its conical peripheral surface N3 in the joining parts A, B. (FIG. 3), the rivet shank N2, due to its conicity on the punch-side workpiece A, exerts a downward force which prevents spring-back of the punch-side workpiece A. The workpieces A, B therefore remain in the joining zone in abutment, so that a gap formation between the workpieces A, B and thus the formation of air inclusions and channels are prevented in the adhesive layer K.

Der Konuswinkel α muss in jedem Fall größer als 0 sein und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10°, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 5°. Wie dargestellt, kann die gesamte Umfangsfläche des Nietschaftes N2 divergierend ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Umfangsfläche N3 in einem Fußbereich zylindrisch und nur in dem Bereich zwischen dem Fußbereich und dem Kopf N1 divergierend auszubilden. Die axiale Länge dieses Fußbereiches wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass sie der Dicke des stempelseitigen Werkstücks A entspricht.The cone angle α must in any case be greater than 0 and is preferably in the range of 0.5 to 10 °, particularly preferably in the range of 1 to 5 °. As illustrated, the entire circumferential surface of the rivet shank N2 may be divergent. However, it is also possible to make the peripheral surface N3 in a foot region cylindrical and divergent only in the region between the foot region and the head N1. The axial length of this foot region is expediently chosen so that it corresponds to the thickness of the punch-side workpiece A.

Die Verwendung eines derart ausgebildeten Stanznietes N' in Verbindung mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Stanzniet-Klebe-Verfahren erlaubt eine besonders effektive Unterdrückung einer Spaltbildung zwischen den Werkstücken A,B im Fügebereich und somit der Bildung von Luftblasen und - kanälen in der Klebstoffschicht K.The use of a stamped rivet N 'formed in this way in conjunction with the stamped rivet adhesive method designed according to the invention permits a particularly effective suppression of a gap formation between the workpieces A, B in the joining region and thus the formation of air bubbles and channels in the adhesive layer K.

Claims (26)

Verfahren zum Fügen mindestens zweier plattenförmiger Werkstücke (A, B) aus artgleichen oder unterschiedlichen Materialien mittels eines Fügungswerkzeuges, das einen Stempel (16) zum Ausführen des Fügevorganges an einer Fügestelle (8) und einen Niederhalter (22) zum Ausüben einer Niederhalterkraft auf die an einer Matrize (6) abgestützten Werkstücke (A, B) aufweist, bei welchem Verfahren: während des Fügevorgangs eine hohe Stempelkraft für den Fügevorgang und im Wesentlichen keine Niederhalterkraft zum Ermöglichen einer ungehinderten Verformung des Fügebereichs ausgeübt werden und nach dem Fügevorgang gleichzeitig eine hohe Stempelkraft und eine hohe Niederhalterkraft zum Reduzieren von Materialverformungen der Werkstücke und zum Erzeugen einer Verdichtungswirkung im Fügebereich ausgeübt werden. Method for joining at least two plate-shaped workpieces (A, B) of identical or different materials by means of a joining tool, a punch (16) for performing the joining operation at a joint (8) and a hold-down (22) for exerting a hold-down force on the a workpiece (6) supported workpieces (A, B), in which method: during the joining process, a high punching force for the joining operation and substantially no hold-down force are exerted to allow unimpeded deformation of the joining region, and after the joining operation, a high punching force and a high holding-down force are simultaneously exerted for reducing material deformations of the workpieces and for producing a compaction effect in the joining region. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Fügevorgang ausgeübte hohe Stempelkraft und die nach dem Setzvorgang ausgeübte hohe Niederhalterkraft während einer vorgegebenen Zeitspanne aufrechterhalten werden.Method according to Claim 1, characterized in that the high punching force exerted after the joining operation and the high holding-down force exerted after the setting operation are maintained for a predetermined period of time. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hohe Niederhalterkraft erst eine kurze Zeitdauer nach Beendigung des Fügevorgangs ausgeübt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the high hold-down force is exercised only a short period of time after completion of the joining operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Fügevorgang ausgeübte Niederhalterkraft größer als 5 kN, vorzugsweise größer als 7,8 kN ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the holding force exerted after the joining operation is greater than 5 kN, preferably greater than 7.8 kN. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Fügevorgang ausgeübte Stempelkraft größer als 5kN, vorzugsweise größer als 6,5 kN ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the force exerted after the joining operation stamping force is greater than 5kN, preferably greater than 6.5 kN. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügevorgang der Niederhalter (22) mit einer kleinen Kraft gegen die Werkstücke (A, B) angedrückt wird, um die Werkstücke (A, B) unverschiebbar in Anlage zu halten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that before the joining process, the hold-down (22) with a small Force against the workpieces (A, B) is pressed in order to hold the workpieces (A, B) immovably in abutment. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Fügevorgang aufgebrachte Niederhalterkraft kleiner als 7,8 kN, vorzugsweise kleiner als 3,9 kN ist.A method according to claim 6, characterized in that the applied before the joining process hold-down force is less than 7.8 kN, preferably less than 3.9 kN. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügevorgang eine kleine Stempelkraft zum Durchführen einer Kontrolle der Fügestelle ausgeübt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that before the joining process, a small punching force is exerted to perform a check of the joint. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Fügevorgang ausgeübte Stempelkraft kleiner als 5,0 kN, vorzugsweise kleiner als 2,5 kN ist.A method according to claim 8, characterized in that the force exerted prior to the joining operation stamping force is less than 5.0 kN, preferably less than 2.5 kN. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügevorgang keine Stempelkraft ausgeübt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that no stamping force is exerted before the joining process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Werkstücken (A, B) zumindest im Fügebereich eine Klebstoffschicht (K) vorgesehen wird, ehe der Niederhalter (22) gegen die Werkstücke (A, B) angedrückt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that between the workpieces (A, B) at least in the joining region, an adhesive layer (K) is provided before the hold-down (22) against the workpieces (A, B) is pressed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug ein Setzwerkzeug zum Setzen von Stanznieten (N) ist.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the joining tool is a setting tool for setting punched rivets (N). Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass Stanzniete (N) verwendet werden, bei denen die Umfangsfläche (N3) des Nietschaftes (N2) zumindest in einem vorgegebenen Bereich in Richtung auf den Nietkopf (N1) divergierend ausgebildet ist.Method according to claims 11 and 12, characterized in that punch rivets (N) are used, in which the peripheral surface (N3) of the rivet shank (N2) is divergent at least in a predetermined region in the direction of the rivet head (N1). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des Nietschaftes (N2) der verwendeten Stanzniete (N3) in dem vorgegebenen Bereich konusförmig ausgebildet ist.A method according to claim 13, characterized in that the peripheral surface of the rivet shank (N2) of the punch rivet (N3) used is formed conically in the predetermined area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug ein Durchsetzfügewerkzeug (Clinch-Werkzeug) ist.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the joining tool is a clinching tool (clinching tool). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (16) und der Niederhalter (22) durch einen gemeinsamen hydraulischen Zylinder (4) betätigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the punch (16) and the hold-down (22) by a common hydraulic cylinder (4) are actuated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (16) und der Niederhalter (22) jeweils durch einen eigenen Zylinder (4; 5) betätigt werden.A method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the punch (16) and the blank holder (22) in each case by a separate cylinder (4; 5) are operated. Vorrichtung zum Betätigen eines Fügewerkzeuges zum Fügen mindestens zweier plattenförmiger Werkstücke (A, B) aus artgleichen oder unterschiedlichen Materialien, mit: einem hydraulischen Zylinder (4) mit einem zylindrischen Innenraum (10), einem Hauptkolben (12) mit einer Kolbenstange (14), die mit einem Stempel (16) für den Fügevorgang fest verbunden ist, wobei der Hauptkolben (12) den Innenraum (10) des Zylinders (4) in eine kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer (10a) und eine kolbenstangenseitige Arbeitskammer (10b) unterteilt, so dass der Hauptkolben (12) auf einer Seite mit dem in der kolbenstangenabgewandten Arbeitskammer (10a) herrschenden Druck und auf der axial entgegengesetzten Seite mit dem in der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer (10b) herrschenden Druck beaufschlagbar ist, einem Niederhalterkolben (18) mit einer Kolbenstange (20), die mit einem Niederhalter (22) zum Ausüben einer Niederhalterkraft auf die Werkstücke (A, B) verbunden ist, wobei der Niederhalterkolben (18) mit seiner Kolbenstange (20) die Kolbenstange (14) des Hauptkolbens (12) koaxial umgibt und relativ zu diesem verschiebbar ist, und wobei jede der beiden Arbeitskammern (10a, b) über je einen Druckmittelanschluss (24, 26) wahlweise mit Druckmittel beaufschlagt oder druckentlastet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalterkolben (18) in der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer (10b) des Zylinders (4) angeordnet ist und die auf axial entgegengesetzten Seiten des Niederhalterkolbens (18) liegenden Abschnitte der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer (10b) durch eine Strömungsverbindung (28) ständig miteinander verbunden sind, so dass der Niederhalterkolben (18) auf seinen axial entgegengesetzten Seiten mit dem in der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer (10b) herrschenden Druck beaufschlagt wird. Device for actuating a joining tool for joining at least two plate-shaped workpieces (A, B) made of identical or different materials, comprising: a hydraulic cylinder (4) having a cylindrical interior (10), a main piston (12) with a piston rod (14), which is firmly connected to a punch (16) for the joining operation, wherein the main piston (12) divides the inner space (10) of the cylinder (4) into a piston rod facing away from working chamber (10a) and a piston rod side working chamber (10b), so that the main piston (12) on one side with the in the piston rod remote working chamber (10a ) prevailing pressure and on the axially opposite side with the pressure prevailing in the piston rod-side working chamber (10b) pressure can be acted upon, a holding-down piston (18) having a piston rod (20) which is connected to a holding-down device (22) for exerting a holding-down force on the workpieces (A, B), wherein the hold-down piston (18) with its piston rod (20) coaxially surrounds the piston rod (14) of the main piston (12) and is displaceable relative thereto, and wherein each of the two working chambers (10a, b) via a respective pressure medium connection (24, 26) optionally acted upon with pressure medium or depressurized, characterized in that the holding-down piston (18) is arranged in the piston rod-side working chamber (10b) of the cylinder (4) and the sections of the piston rod-side working chamber (10b) lying on axially opposite sides of the holding-down piston (18) are constantly connected to one another by a flow connection (28), then that the hold-down piston (18) is acted upon on its axially opposite sides by the pressure prevailing in the piston rod-side working chamber (10b). Vorrichtung zum Betätigen eines Fügewerkzeugs zum Fügen mindestens zweier plattenförmiger Werkstücke (A, B) aus artgleichen oder unterschiedlichen Materialien, mit: einem ersten hydraulischen Zylinder (4a) mit einem Hauptkolben (12a), der über eine Kolbenstange (14a) mit einem Stempel (16a) für den Fügevorgang fest verbunden ist und der den Innenraum des Zylinders (4a) in eine kolbenstangenseitige Arbeitskammer und eine kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer unterteilt, von denen jede über je einen Druckmittelanschluss (24a, 26a) mit Druckmittel beaufschlagt oder druckentlastet werden kann, einem zweiten hydraulischen Zylinder (5a) mit einem Niederhalterkolben (18a), der über eine Kolbenstange (20a) mit einem Niederhalter (22a) zum Ausüben einer Niederhalterkraft verbunden ist und der eine Arbeitskammer (31) begrenzt, die wahlweise mit Druckmittel beaufschlagt oder druckentlastet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (31) des zweiten Zylinders (5a) und die kolbenstangenseitige Arbeitskammer des ersten Zylinders (4a) durch eine Strömungsverbindung (33) ständig miteinander verbunden sind. Device for actuating a joining tool for joining at least two plate-shaped workpieces (A, B) made of identical or different materials, comprising: a first hydraulic cylinder (4a) with a main piston (12a) which is fixedly connected to a plunger (16a) for the joining operation via a piston rod (14a) and the interior of the cylinder (4a) into a piston rod side working chamber and a piston rod remote working chamber divided, each of which can be acted upon by pressure medium via a respective pressure medium connection (24a, 26a) or relieved of pressure, a second hydraulic cylinder (5a) with a hold-down piston (18a) which is connected via a piston rod (20a) with a hold-down (22a) for exerting a hold-down force and which limits a working chamber (31), which are selectively pressurized or relieved of pressure can characterized in that the working chamber (31) of the second cylinder (5a) and the piston rod side working chamber of the first cylinder (4a) by a flow connection (33) are permanently interconnected. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die kolbenstangenabgewandte und kolbenstangenseitige Arbeitskammer jeweils über ein eigenes Wegeventil (32, 34) wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbar oder druckentlastbar sind.Apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that the piston rod away from the piston rod side and working chamber via a respective directional control valve (32, 34) are selectively acted upon with pressure medium or pressure relieved. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die kolbenstangenseitige und die kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer über ein gemeinsames Bypassventil (36) und ein gemeinsames Wegeventil (38), die in Reihe geschaltet sind, wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbar oder druckentlastbar sind.Apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that the piston rod side and the piston rod away from the working chamber via a common bypass valve (36) and a common directional control valve (38), which are connected in series, optionally acted upon with pressure medium or pressure relieved. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkolben (12) und der Niederhalterkolben (18) durch eine nur in eine axiale Richtung wirkende Anschlagverbindung (30) miteinander verbindbar sind, so dass der Hauptkolben (12) bei einer Bewegung aus einer Arbeitsstellung in eine Grundstellung den Niederhalterkolben (18) in eine entsprechende Grundstellung mitschleppt.Device according to one of claims 18 to 21, characterized in that the main piston (12) and the hold-down piston (18) by a stop acting only in an axial direction (30) are connected to each other, so that the main piston (12) during a movement from a working position into a basic position the hold-down piston (18) entrains in a corresponding basic position. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Fügestellung während des Fügevorgangs die kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer (10a) mit einem Druck zum Ausführen des Fügevorgangs beaufschlagt wird und die kolbenstangenseitige Arbeitskammer (10b) im Wesentlichen drucklos gemacht wird, so dass der Niederhalter (22) im Wesentlichen keine Niederhalterkraft ausübt.A method of operating a device according to any one of claims 18 to 22, characterized in that in a joining position during the joining operation, the piston rod facing away working chamber (10a) is acted upon by a pressure for performing the joining operation and the piston rod side working chamber (10b) is made substantially depressurized , so that the hold-down (22) substantially no hold-down force exerts. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Nachbearbeitungsstellung nach dem Fügevorgang die kolbenstangenabgewandte und die kolbenstangenseitige Arbeitskammer (10a, 10b) jeweils mit einem hohen Druck beaufschlagt werden, so dass der Stempel (16) und der Niederhalter (22) nach dem Fügevorgang eine hohe Kraft auf die Fügestelle (8) und die Werkstücke (A, B) ausüben.A method according to claim 23, characterized in that in a post-processing position after the joining process, the piston rod facing away and the piston rod side working chamber (10a, 10b) are each subjected to a high pressure, so that the punch (16) and the hold-down (22) after the joining process exert a high force on the joint (8) and the workpieces (A, B). Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Vorbearbeitungsstellung vor dem Fügevorgang die kolbenstangenabgewandte und kolbenstangenseitige Arbeitskammer (10a, 10b) mit einem niedrigen Druck beaufschlagt werden, so dass der Stempel (16) und der Niederhalter (22) jeweils eine kleine Kraft auf die Fügestelle (8) und die Werkstücke (A, B) ausüben.A method according to claim 23 or 24, characterized in that in a Vorbearbeitungsstellung before the joining process, the rod end and piston rod side working chamber (10 a, 10 b) are subjected to a low pressure, so that the punch (16) and the hold-down (22) each have a small Apply force to the joint (8) and the workpieces (A, B). Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Grundstellung die kolbenstangenseitige Arbeitskammer (10b) mit einem niedrigen Druck beaufschlagt wird und die kolbenstangenabgewandte Arbeitskammer (10a) im Wesentlichen drucklos gemacht wird, so dass der Hauptkolben (12) in eine als Grundstellung dienende Endstellung gedrückt wird.Method according to one of claims 23 to 25, characterized in that in a basic position, the piston rod side working chamber (10b) is acted upon by a low pressure and the piston rod facing away Working chamber (10 a) is made substantially depressurized, so that the main piston (12) is pressed in a serving as a basic position end position.
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