EP3527299B1 - Matrize für ein fügewerkzeug - Google Patents

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EP3527299B1
EP3527299B1 EP19152135.0A EP19152135A EP3527299B1 EP 3527299 B1 EP3527299 B1 EP 3527299B1 EP 19152135 A EP19152135 A EP 19152135A EP 3527299 B1 EP3527299 B1 EP 3527299B1
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EP
European Patent Office
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slots
female die
sleeve
die according
sliding pieces
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Florian Unger
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Eckold GmbH and Co KG
Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
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Eckold GmbH and Co KG
Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/031—Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D37/12—Particular guiding equipment, e.g. pliers; Special arrangements for interconnection or cooperation of dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/035—Joining superposed plates by slitting

Definitions

  • the invention relates to a die for a joining tool, in particular for clinching, with an anvil and a shoulder coaxially surrounding the anvil, which shoulder is formed on a base body of the anvil or through one end of a bushing, and a sleeve surrounding the base body or the bushing, which has radial slots extending through its wall over its circumference, in each of which a sliding piece is guided movably in the radial direction, which is supported in the axial direction at least on the shoulder.
  • Such a die is, for example, from EP 1 468 758 B1 known. Through the slots in the casing of the sleeve, guide tracks are created for the sliding pieces, through which they receive an additional guide in addition to the support surface on the shoulder of the base body.
  • Such a die is built compact in terms of its height and its diameter.
  • the die interacts with a tool punch and, together with the tool punch, serves to connect two parts to be joined, for example sheet metal, to one another by forming the material. In clinching in particular, high forces act on the die.
  • the counter tool used for joining consists of a hold-down device and a punch. While the punch acts on the base body or anvil, the hold-down device is supported on the sleeve.
  • the sleeve must be made of a hard and tough material which not only has the disadvantage of correspondingly high costs, but also relatively is difficult to process, which in turn requires high-quality tools for making the slots in the wall of the sleeve, so that the production of the sleeve is correspondingly costly and time-consuming.
  • Similar matrices are from the DE 10 2004 033 228 A1 or DE 101 16 736 A1 known.
  • the anvil is provided with a shoulder, nor is a sleeve arranged in the base body.
  • the base body is made in one piece and the sliding pieces slide exclusively in the slots on support surfaces provided in the base body or in grooves provided in the anvil.
  • the EP 2 138 249 A1 , the US 2006/0196034 A1 and the US 2006/0168792 A1 disclose clinching devices with which two sheets can be connected to one another.
  • the initially described die is to be improved in such a way that the forces that can be transmitted by the sleeve can be increased and thereby either inexpensive material can be used or higher hold-down forces can be absorbed.
  • a generic die is characterized in that the wall of the sleeve at the end surrounding the shoulder in the area between the slots has radially inwardly widened areas that each extend between two adjacent sliding pieces and in the radial direction At least partially protrude from the heel.
  • the sliding pieces are preferably L-shaped in cross section with a foot and a head, and the slots have an upper and a lower wall in the axial direction. This configuration ensures that the sliding pieces are guided in the sleeve.
  • a spring element can be inserted into the grooves that encompasses all the sliding pieces and causes the restoring forces on the sliding pieces.
  • the spring element can be a steel spring ring or a polymer spring.
  • the widened areas of the sleeve begin at the level of the lower walls of the slots. This optimizes the areas that can be used for power transmission.
  • At least one of the walls of the slots can have a guide element and the associated sliding piece can have a counter-guide that is congruent therewith.
  • This guide / counter guide can be implemented by projections and grooves.
  • the anvil and the sleeve can be selected from different materials, the anvil being made of a harder material than the sleeve.
  • the anvil can be fixed or driven in the axial direction.
  • the joining tool consists essentially of the die 1 and the tool carrier 2 arranged above it and is used to connect the two sheets 3, 4 to one another by forming.
  • a punch (not shown here) is arranged in the tool carrier 2 and is surrounded coaxially by the hold-down device 5. During joining, the hold-down device 5 is supported on the upper sheet 3, while the punch causes the deformation of the two sheets 3, 4 and connects the sheets 3, 4 to one another at points.
  • the die 1 consists of the base body 10, on which an upper circumferential shoulder 11 is formed, to which an anvil 12 is connected coaxially, and the sleeve 20 with the sliding pieces 30 arranged thereon.
  • the base body 10 can be in the sleeve 20 in the axial direction A slidably driven or permanently mounted.
  • the sliding pieces 30 are L-shaped in cross-section with a foot 31 and a head 32.
  • the wall 21 of the sleeve 20 there are continuous slots 22 in the radial direction R corresponding to the number of sliding pieces 30, in which the feet 31 of the sliding pieces 30 are added on a sliding basis.
  • the wall 21 of the sleeve 20 is provided with an outer circumferential groove 24 into which the slots 22 open.
  • the feet 31 of the sliding pieces 30 have a groove 33 into which a spring element 40, for example a steel ring spring or a polymer element is inserted, which forces the sliding pieces 30 radially inward so that they lean against the anvil 12 and on the in the unloaded state Paragraph 11 rest.
  • a spring element 40 for example a steel ring spring or a polymer element
  • the task of the shoulder 11 is taken over by the bush 50 or its upper end 51, on which the sliding pieces 30 slide.
  • the wall 21 of the sleeve 20 between the slots 22 is widened radially inward, so that widened areas 23 result, each extending between two adjacent sliding pieces 30 and in the radial direction R the shoulder 11 of the base body 10 or project beyond the shoulder 51 formed by the upper end of the bushing 50.
  • the hold-down device 5, which acts on the metal sheets 3, 4, is supported in these widened areas 23 of the sleeve 20 of the die 1. If the punch continues to deform the sheets 3, 4 in the axial direction, it is supported on the anvil 12 and the material displaced from the sheets 3, 4 forces the base body 10 downward in the axial direction A and the sliding pieces 30 in the radial direction R. to the outside against the force of the spring element 40.
  • the spring elements 30 slide in the slots 22 and are supported on the shoulder 11 of the base body 10.
  • the sleeve 20 is provided with axial milled recesses 24 which are continuous, whereby the widened areas 23 protrude upwards. This ensures that the die 1 or the sleeve 20 always lies against the underside of the sheet 4 with the widened areas 23, even if the die 1 is not aligned exactly plane-parallel to the sheet 4. Overloading the wall 21 in the area of the slots 22 is reliably avoided because no force can act on it through the hold-down device 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Matrize für ein Fügewerkzeug, insbesondere zum Durchsetzfügen, mit einem Amboss und einem den Amboss koaxial umgebenden Absatz, der an einem Grundkörper des Ambosses oder durch ein Ende einer Buchse ausgebildet ist, und einer den Grundkörper bzw. die Buchse umgebenden Hülse, die über ihren Umfang durch ihre Wandung hindurchgehende radiale Schlitze aufweist, in denen jeweils ein Schiebestück in radialer Richtung beweglich geführt ist, das sich in axialer Richtung zumindest auf dem Absatz abstützt.
  • Eine solche Matrize ist beispielsweise aus der EP 1 468 758 B1 bekannt. Durch die Schlitze im Mantel der Hülse werden für die Schiebestücke Führungsbahnen geschaffen, durch die diese neben der Stützfläche auf dem Absatz des Grundkörpers eine zusätzliche Führung erhalten. Eine solche Matrize ist hinsichtlich ihrer Höhe und ihres Durchmessers kompakt gebaut. Die Matrize wirkt mit einem Werkzeugstempel zusammen und dient dazu, zusammen mit dem Werkzeugstempel zwei Fügeteile, beispielsweise Bleche, miteinander durch Umformen des Werkstoffs zu verbinden. Insbesondere beim Durchsetzfügen (Clinchen) wirken auf die Matrize hohe Kräfte. Das zum Fügen verwendete Gegenwerkzeug besteht aus einem Niederhalter und einem Stempel. Während der Stempel auf den Grundkörper bzw. Amboss einwirkt, stützt sich der Niederhalter auf der Hülse ab. Damit ausreichend hohe Kräfte übertragen werden können, muss die Hülse aus einem harten und zähen Material bestehen, das nicht nur den Nachteil entsprechend hoher Kosten in sich birgt, sondern auch relativ schwer zu bearbeiten ist, was wiederum hochwertige Werkzeuge zum Einbringen der Schlitze in die Wandung der Hülse bedarf, sodass die Herstellung der Hülse entsprechend kostenträchtig und zeitaufwendig ist.
  • Ähnliche Matrizen sind aus der DE 10 2004 033 228 A1 oder DE 101 16 736 A1 bekannt. Hier ist aber weder der Amboss mit einem Absatz versehen, noch ist eine Hülse im Grundkörper angeordnet. Der Grundkörper ist einteilig ausgebildet und die Schiebestücke gleiten ausschließlich in den Schlitzen auf in dem Grundkörper vorgesehenen Auflageflächen bzw. in im Amboss vorgesehenen Nuten.
  • Die EP 2 138 249 A1 , die US 2006/0196034 A1 und die US 2006/0168792 A1 offenbaren Clinchvorrichtungen, mit denen zwei Bleche miteinander verbunden werden können.
  • Von dieser Problemstellung ausgehend soll die eingangs beschriebene Matrize so verbessert werden, dass die von der Hülse übertragbaren Kräfte erhöht werden können und dadurch entweder kostengünstiges Material eingesetzt oder höhere Niederhalterkräfte aufgenommen werden können.
  • Zur Problemlösung zeichnet sich in Anspruch 1 eine gattungsgemäße Matrize dadurch aus, dass die Wandung der Hülse an dem den Absatz umgebenden Ende in dem Bereich zwischen den Schlitzen nach radial innen verbreiterte Bereiche aufweist, die sich jeweils zwischen zwei benachbarte Schiebestücke erstrecken und in radialer Richtung den Absatz zumindest teilweise überragen.
  • Durch diese Ausgestaltung liegt der Niederhalter beim Fügen auf einer großen Fläche an, wodurch die Hülse höhere Kräfte aufnehmen kann und ihre Belastung durch die Kraft des Niederhalters reduziert wird.
    Vorzugsweise sind die Schiebestücke im Querschnitt L-förmig mit einem Fuß und einem Kopf ausgebildet, und die Schlitze weisen in Axialrichtung eine obere und eine untere Wand auf. Durch diese Ausgestaltung wird die Führung der Schiebestücke in der Hülse sichergestellt.
  • Wenn die Füße der Schiebestücke in radialer Richtung eine Nut aufweisen und die Wandung der Hülse in Höhe der Schlitze mit einer Umfangsnut versehen ist, kann in die Nuten ein alle Schiebestücke umgreifendes Federelement eingelegt werden, dass die Rückstellkräfte auf die Schiebestücke bewirkt. Das Federelement kann ein Stahlfederring oder eine Polymerfeder sein.
  • Vorzugsweise beginnen die verbreiterten Bereiche der Hülse in Höhe der unteren Wände der Schlitze. Dadurch werden die Bereiche, die der Kraftübertragung dienen können, optimiert.
  • Um die Führung der Schiebestücke weiter zu verbessern, kann zumindest eine der Wände der Schlitze ein Führungselement und das zugehörige Schiebestück eine hierzu kongruente Gegenführung aufweisen. Diese Führung/Gegenführung kann durch Vorsprünge und Nuten realisiert werden.
  • Wenn die Wandung der Hülse in axialer Richtung die Schiebestücke überragt sind über den Schlitzen radial durchgängige axiale Ausfräsungen vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass die Kraft des Niederhalters auch dann in die verbreiterten Bereiche der Wandung eingeleitet wird, wenn die Matrize bzw. die Hülse nicht absolut parallel zu den Fügeteilen angeordnet ist, sondern leicht abgewinkelt hierzu steht, sodass keine vollflächige Anlage an der Unterseite des Werkstücks zustande kommt.
  • Dadurch dass die von der Hülse aufnehmbare Kraft vergrößert wird, können für den Amboss und die Hülse unterschiedliche Materialien gewählt werden, wobei der Amboss aus einem härteren Material besteht als die Hülse. Der Amboss kann fixiert oder in axialer Richtung angetrieben sein.
  • Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigen:
    • Figur 1 -
    die Anordnung einer Fügevorrichtung;
    Figur 2 -
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer Matrize in perspektivischer Darstellung;
    Figur 3 -
    die Ansicht der Matrize nach Figur 2;
    Figur 4 -
    den Schnitt entlang der Linie IV-IV nach Figur 3;
    Figur 5 -
    die Ansicht gemäß Sichtpfeil V nach Figur 3;
    Figur 6 -
    den Schnitt entlang der Linie VI-VI nach Figur 5;
    Figur 7 -
    die Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Matrize;
    Figur 8 -
    den Schnitt entlang der Linie VIII-VIII nach Figur 7.
  • Das Fügewerkzeug besteht im Wesentlichen aus der Matrize 1 und dem darüber angeordneten Werkzeugträger 2 und dient dazu, die beiden Bleche 3, 4 durch Umformung miteinander zu verbinden. Im Werkzeugträger 2 ist (hier nicht dargestellt) ein Stempel angeordnet, der von dem Niederhalter 5 koaxial umgeben wird. Der Niederhalter 5 stützt sich beim Fügen auf dem oberen Blech 3 ab, während der Stempel die Verformung der beiden Bleche 3, 4 bewirkt und die Bleche 3, 4 punktförmig miteinander verbinden.
    Die Matrize 1 besteht aus dem Grundkörper 10, an dem ein oberer umlaufender Absatz 11 ausgebildet ist, an den sich koaxial ein Amboss 12 anschließt, und der Hülse 20 mit den daran angeordneten Schiebestücken 30. Der Grundkörper 10 kann in der Hülse 20 in axialer Richtung A verschiebbar angetrieben oder fix montiert sein. Wenn der Amboss 12 in axialer Richtung A verschiebbar angeordnet ist, wird er von einer zusätzlichen Buchse 50 umgeben (Figur 8). Das Nachfolgende gilt für beide Ausführungsformen. Die Schiebestücke 30 sind im Querschnitt L-förmig ausgebildet mit einem Fuß 31 und einem Kopf 32. In der Wandung 21 der Hülse 20 sind entsprechend der Anzahl der Schiebestücke 30 in radialer Richtung R durchgängige Schlitze 22 vorgesehen, in der die Füße 31 der Schiebestücke 30 gleitend aufgenommen sind. In Höhe der Schlitze 22 ist die Wandung 21 der Hülse 20 mit einer äußeren Umfangsnut 24 versehen, in die die Schlitze 22 münden. Die Füße 31 der Schiebestücke 30 weisen eine Nut 33 auf, in die ein Federelement 40, beispielsweise eine Stahlringfeder oder ein Polymerelement eingelegt ist, das die Schiebestücke 30 nach radial innen zwingt, sodass sich diese im unbelasteten Zustand an den Amboss 12 anlehnen und auf dem Absatz 11 aufliegen.
  • Bei der Ausführungsform mit feststehendem Amboss 12 übernimmt die Aufgabe des Absatzes 11 die Buchse 50 bzw. deren oberes Ende 51, auf der die Schiebestücke 30 gleiten.
  • Im Bereich ihres oberen Endes 20.1 ist die Wandung 21 der Hülse 20 zwischen den Schlitzen 22 nach radial innen verbreitert, sodass sich verbreiterte Bereiche 23 ergeben, die sich jeweils zwischen zwei benachbarte Schiebestücke 30 erstrecken und in radialer Richtung R den Absatz 11 des Grundkörpers 10 bzw. den durch das obere Ende der Buchse 50 ausgebildeten Absatz 51 überragen. Der Niederhalter 5, der auf die Bleche 3, 4 einwirkt, stützt sich in diesen verbreiterten Bereichen 23 der Hülse 20 der Matrize 1 ab. Wenn der Stempel weiter in axialer Richtung die Bleche 3, 4 verformt, stützt er sich auf dem Amboss 12 ab und das aus den Blechen 3, 4 verdrängte Material zwingt den Grundkörper 10 in axialer Richtung A nach unten und die Schiebestücke 30 in radialer Richtung R nach außen gegen die Kraft des Federelementes 40. Dabei gleiten die Federelemente 30 in den Schlitzen 22 und stützen sich auf dem Absatz 11 des Grundkörpers 10 ab.
  • In der oberen Wand 22.1 und der unteren Wand 22.2 der Schlitze 22 sind Nuten 22.3, 22.4 vorgesehen, in denen an den Füßen 31 der Schiebestücke 30 vorgesehene Vorsprünge 33.1, 33.2 gleitend geführt sind.
  • Über den Schlitzen 22 ist die Hülse 20 mit axialen Ausfräsungen 24 versehen, die durchgängig ausgeführt sind, wodurch die verbreiterten Bereiche 23 nach oben hervorstehen. Damit wird sichergestellt, dass die Matrize 1 bzw. die Hülse 20 immer mit den verbreiterten Bereichen 23 an der Unterseite des Bleches 4 anliegt, auch wenn die Matrize 1 nicht exakt planparallel zu dem Blech 4 ausgerichtet ist. Eine Überlastung der Wandung 21 im Bereich der Schlitze 22 wird dadurch sicher vermieden, weil keine Kraft durch den Niederhalter 5 auf sie einwirken kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Matrize
    2
    Stempelwerkzeug
    3
    Blech
    4
    Blech
    5
    Niederhalter
    10
    Grundkörper
    11
    Absatz
    12
    Amboss
    20
    Hülse
    20.1
    Ende
    21
    Wandung
    22
    Schlitz
    22.1
    obere Wand
    22.2
    untere Wand
    22.3
    Nut
    22.4
    Nut
    23
    verbreiterter Bereich
    24
    Umfangsnut
    30
    Schiebestück
    31
    Fuß
    32
    Kopf
    33
    Nut
    33.1
    Vorsprung
    33.2
    Vorsprung
    40
    Federelement/Ringfeder/Polymerelement
    50
    Buchse
    51
    oberes Ende
    A
    axiale Richtung
    R
    radiale Richtung
    Re/ydr-gas

Claims (11)

  1. Matrize für ein Fügewerkzeug, insbesondere zum Durchsetzfügen, mit einem Amboss (12) und einem den Amboss (12) koaxial umgebenden Absatz (11, 51), der an einem Grundkörper (10) des Ambosses (12) oder durch ein Ende (51) einer Buchse (50) ausgebildet ist, und einer den Grundkörper (10) bzw. die Buchse (50) umgebenden Hülse (20), die über ihren Umfang durch ihre Wandung (21) hindurchgehende radiale Schlitze (22) aufweist, in denen jeweils ein Schiebestück (30) in radialer Richtung (R) beweglich geführt ist, das sich in axialer Richtung (A) zumindest auf dem Absatz (11, 51) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (21) der Hülse (20) an dem den Absatz (11, 51) umgebenden Ende (20.1) in dem Bereich zwischen den Schlitzen (22) nach radial innen verbreiterte Bereiche (23) aufweist, die sich jeweils zwischen zwei benachbarte Schiebestücke (30) erstrecken und in radialer Richtung (R) den Absatz (11) zumindest teilweise überragen.
  2. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebestücke (30) im Querschnitt L-förmig mit einem Fuß (31) und einem Kopf (32) ausgebildet sind, und die Schlitze (22) in Axialrichtung (A) eine obere (22.1) und eine untere (22.2) Wand aufweisen.
  3. Matrize nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füße (31) der Schiebestücke (30) in radialer Richtung (R) eine Nut (33) aufweisen und die Wandung (21) der Hülse (20) in Höhe der Schlitze (22) eine Umfangsnut (24) aufweist und in die Nuten (32) ein alle Schiebestücke (30) umgreifendes Federelement (40) eingelegt ist.
  4. Matrize nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verbreiterten Bereiche (23) in Höhe der unteren Wände (22.2) der Schlitze (22) beginnen.
  5. Matrize nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebestücke (30) in den Schlitzen (22) geführt sind.
  6. Matrize nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Wände (22.1, 22.2) der Schlitze (22) ein Führungselement (22.3, 22.4) und das zugehörige Schiebestück (30) eine hierzu kongruente Gegenführung aufweist.
  7. Matrize nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (21) der Hülse (20) in axialer Richtung (A) mit den Schiebestücken (30) abschließt oder diese überragt und im Bereich oberhalb der Schlitze (22) durchgängige axiale Ausfräsungen (24) aufweist.
  8. Matrize nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (40) eine Stahlringfeder oder eine Polymerfeder ist.
  9. Matrize nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (12) aus einem härteren Material als die Hülse (20) besteht.
  10. Matrize nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei, insbesondere genau vier, Schiebestücke (30) vorgesehen sind.
  11. Matrize nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (12) in vertikaler Richtung (V) verschiebbar angetrieben ist. Re/ydr-gas
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