WO2002048556A1 - Method for moulding and joining at least two components and corresponding device - Google Patents

Method for moulding and joining at least two components and corresponding device Download PDF

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WO2002048556A1
WO2002048556A1 PCT/EP2001/014552 EP0114552W WO0248556A1 WO 2002048556 A1 WO2002048556 A1 WO 2002048556A1 EP 0114552 W EP0114552 W EP 0114552W WO 0248556 A1 WO0248556 A1 WO 0248556A1
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joining
components
force
component
pressure medium
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PCT/EP2001/014552
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Reinhard Mauermann
Rainer Franke
Fred Jesche
Stephan Dietrich
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B17/00—Connecting constructional elements or machine parts by a part of or on one member entering a hole in the other and involving plastic deformation
    • F16B17/008—Connecting constructional elements or machine parts by a part of or on one member entering a hole in the other and involving plastic deformation of sheets or plates mutually
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/031—Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/12—Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/04—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting

Definitions

  • the present invention relates to a method for joining at least two components and to a method for joining at least two components and for reshaping at least one of the components, and a device for joining at least two components.
  • the present invention relates to a method and a device in which at least two components are connected to one another by plastic deformation thereof.
  • a method and a device of overlapping, in particular plate-shaped components is known from the prior art, a joining connection between the components being achieved by so-called semi-hollow riveting with an auxiliary joining part or by so-called clinching or clinching without a corresponding auxiliary joining part.
  • an overlap area of the components is arranged between a stamp and a die.
  • This stamp is then pressed into the joining area of the two components with high force, with both components plastically deforming.
  • the die is designed in such a way that the two components are deformed in the joining area in such a way that undercut areas form between the components. This formation of these undercut areas is favored by a wobbling movement of the stamp about its longitudinal axis.
  • auxiliary joining part When an auxiliary joining part is used, it already has undercut areas, and it is enclosed by the two components in the joining area when the auxiliary joining part is pressed into the components by the punch and these deform plastically.
  • a stamping force is applied to the two components from one side by the stamp, and the die on the opposite side serves to support this joining force.
  • These methods can be used when both sides of the components to be connected are accessible to both stamp and Arrange the matrix accordingly. Since the punch must be aligned with the die, so-called C-brackets are used to position the punch and die.
  • hydroforming is also known from the prior art.
  • components in particular pipes or the like, are arranged in a mold and the inner surface of these components is subjected to a relatively high pressure.
  • the component deforms plastically and comes into contact with a molding surface of the molding tool.
  • a high-pressure fluid is used as the pressure medium.
  • this object is achieved according to the invention by a method having the features of patent claim 1.
  • the components can be joined and at least one of the components can be deformed in one method without the need for time-consuming changing of the processing machines.
  • Preferred developments of the subject matter of the invention are set out in the subclaims.
  • Fig. 2 shows another embodiment, wherein the joining is carried out without an auxiliary joining part.
  • FIG. 1 shows a section of a molding tool.
  • This molding tool has a first molded part 7 and a second molded part 6. Both molded parts 6, 7 are only in sections, i.e. not fully illustrated.
  • Two components 3, 4 are arranged in the molding tool 6, 7. These components 3, 4 consist of plastically deformable material, such as steel. In the state shown in FIG. 1, parts or sections of the named components 3, 4 are in contact with one another. The joining area for joining these two components 3, 4 is part of this contact area. The first component 4 is arranged between the first and second molded parts 7, 6 and is held by them. In the state shown in FIG. 1, the second component 3 is in contact with a molded surface of the first molded part 7 and the first component 4.
  • the second molded part 6 has an opening which extends conically towards the joining area.
  • a punch 1 is arranged in this opening.
  • This joining die 1 can be moved in the opening about its longitudinal axis, ie about a vertical central axis, in order to execute a wobbling movement about this central axis.
  • This wobble can potential, for example on a circular movement radially outward from the center, for example on a swivel movement and in a combined movement tangential / radial, for example in a so-called rosette kinematics.
  • the angle 6a of the opening is chosen equal to the wobble angle 1a of the die 1.
  • FIG. 1 An auxiliary joining part 5 is shown in FIG. 1 for joining or connecting the two components 3, 4, the connection strength being achieved essentially by the undercut 8 at the joining point.
  • a pressure medium such as a high pressure fluid, is supplied to one side of the second component 3, as indicated by the arrows 2 in FIG. 1.
  • This high-pressure fluid pressure oil
  • This high-pressure fluid pressure oil is supplied to the entire inner surface of the second component 3 by a pressure medium supply device.
  • FIG. 1 shows the final state of the joined or formed components. Methods are explained below in order to obtain the components 3, 4 shown in FIG. 1 in the joined state.
  • a method according to a first exemplary embodiment (active variant - with axial ram movement) is explained below.
  • the first component 4 is located between the first and second molded parts 7, 6 of the molding tool.
  • the second component 3 is in contact with the molded surface of the first molded part and in contact with a section of the first component 4.
  • the inside of the second component 3 is acted upon by the pressure medium with a high pressure which is uniform on the entire inner surface of the second component 3 acts.
  • this internal pressure is e.g. approx. 4000 bar.
  • the auxiliary joining part 5 is arranged in the opening of the second molded part and lies on the outer surface of the first component 4 without first penetrating into it.
  • the auxiliary joining part 5 is first pressed into the first component 4 and then into the second component 3 by the stamp 1.
  • the joining die 1 executes a wobbling movement, so that the joining force is applied to continuously successive partial areas of the joining area.
  • the punch 1 performs a feed movement in order to press in the auxiliary joining part 5.
  • the pressure force by the pressure medium is controlled depending on the joining force by the stamp 1.
  • the auxiliary joining part 5 is in a position relative to the molding tool, as shown in FIG. 1.
  • corresponding protuberances are provided on the first and second components 4, 3, in order to loosely accommodate the auxiliary joining part in the protuberance of the first component 4, this protuberance of the first component 4 in a protuberance of the second component 3 is added. In this state, these protuberances and the auxiliary joining part do not form any undercuts, so that there is no firm connection between the part.
  • the punch is fixed in the direction of the longitudinal axis and thus serves as a stop for the auxiliary joining part 5.
  • the punch 1 performs a wobbling movement in order to apply a supporting force to continuously successive partial areas of the joining area. If a high pressure is now applied to the inside of the second component, as in the aforementioned exemplary embodiment, the protuberances mentioned are plastically deformed and enclose the auxiliary joining part 5, as shown in FIG. 1.
  • the second component 3 is already in contact with the inner surface of the molded part 7 and the first component 4 in its starting position.
  • the second component 3 is initially not in contact with the Shaped part 7 and / or the first component 4.
  • the pressure fluid is applied to the inner surface of the second component 3 under high pressure. Due to this high pressure, the second component 3 plastically deforms and takes on a shape according to the molding surface of the molding tool 6, 7.
  • the main features of this process step correspond to the known hydroforming of components. A desired shape of the second component 3 can thereby be achieved.
  • this component comes into contact with the molding tool and the first component 4, so that the respective starting positions for the methods of the aforementioned exemplary embodiments are achieved.
  • the joining can then be carried out by one of the aforementioned methods.
  • the auxiliary joining part 5 is provided, this auxiliary joining part 5 being acted upon by the first force and being enclosed by the plastic members 3, 4 during the joining process. It is preferred that the first component 4 in the joining area, i.e. in the area of the auxiliary joining part 5, with a pre-hole (not shown). 1a shows the final state of the joined or formed components. By pre-punching the first component 4, the required forming forces, in particular for the first component 4, are reduced. Furthermore, the insertion or pressing in of the auxiliary joining part 5 is facilitated.
  • a cavity 9 can form between the auxiliary joining part 5 and the second component 3, as shown in FIG. 1a. Furthermore, pre-punching can reduce the amount of material of the first component 4 on the outer circumference of the auxiliary joining part 5, as shown in FIG. 1a.
  • FIG. 1 Another exemplary embodiment is shown in FIG.
  • the molding tool 6, 7 is essentially the same as the molding tool according to FIG. 1 and reference is made to the corresponding explanations.
  • Fig. 2 shows a combined half section, the right side showing the final phase of the joining process and the left side showing an embodiment in which the second component 3 is plastically deformed by the internal high pressure before the joining process before the joining takes place.
  • a method according to a further exemplary embodiment is explained below.
  • the first component 4 is located between the first and second molded parts 7, 6 of the molding tool.
  • the second component 3 is in contact with the molded surface of the first molded part and in contact with a section of the first component 4.
  • the inside of the second component 3 is acted upon by the pressure medium with a high pressure which is uniform on the entire inner surface of the second component 3 acts.
  • this internal pressure is approx. 4000 bar, for example.
  • the die 1 is pressed into the first component 4 and then into the second component 3.
  • the joining die 1 executes a wobbling movement, so that the joining force is applied to continuously successive partial areas of the joining area.
  • the stamp 1 performs a feed movement.
  • the components are plastically deformed by this joining force and the counterforce generated by the pressure medium, the undercut 8 being formed between the components 3, 4, as shown in FIG. 2.
  • the pressure force by the pressure medium is controlled depending on the joining force by the stamp 1.
  • the second component 3 is already in contact with the inner surface of the molded part 7 and the first component 4 in its starting position.
  • the second component 3 is initially not in contact with the Shaped part 7 and / or the first component 4.
  • the joining die does not perform any axial feed. He already has the position at the beginning of the process, as shown in Fig. 2 on the right.
  • the pressure fluid is applied to the inner surface of the second component 3 under high pressure. Due to this high pressure, the second component 3 plastically deforms and takes on a shape according to the molding surface of the molding tool.
  • the main features of this process step correspond to the known hydroforming of components. A desired shape of the second component 3 can thereby be achieved.
  • the exemplary embodiments show methods for joining at least two components 3, 4 which are at least partially brought into contact with one another in a joining area, a first force being applied to a first 4 of the components in the joining area of the components 3, 4, a second force is applied to a second 3 of these components, and these components 3, 4 are plastically deformed by the first and second force in the joining area in order to connect the components 3, 4, the second force being applied to the second component 3 by a pressure medium becomes.
  • these components 3, 4 will be arranged in a molding tool 6, 7, at least the second component 3 being plastically deformed into a shape predetermined by the molding tool 6, 7 and the components 3, 4 in the joining area are brought into contact with one another, and these components 3, 4 are in the molding tool 6, 7 during the joining.
  • a first force is applied to a first 4 of the components in the joining area of the components 3, 4, a second force is applied to a second 3 of these components, and these components 3, 4 are plastically deformed by the first and second forces in the joining area in order to connect the components 3, 4 to one another, the second force being applied to the second component 3 by the pressure medium.
  • the second component 3 is brought into contact with the molding tool 6, 7 by the plastic deformation into the predetermined shape.
  • the plastic deformation of the second component 3 into the predetermined shape and the joining of the components 3, 4 is carried out essentially simultaneously.
  • the deformation of the second component 3 into the predetermined shape is carried out before the components 3, 4 are joined.
  • a pressure of the pressure medium for the plastic deformation of the second component 3 into the predetermined shape is applied in a controllable manner.
  • an auxiliary joining part 5 is provided, this auxiliary joining part 5 being acted upon by the first force and being enclosed by the plastic deformation of the components 3, 4 during the joining. It is preferred that the first component 4 in the joining area, i.e. in the area of the auxiliary joining part 5, with a pre-hole (not shown). By pre-punching the first component 4, the required forming forces, in particular for the first component 4, are reduced.
  • the first force that is applied to the first component 4 is a joining force
  • the second force that is applied to the second component 3 by the pressure medium is a counterforce to the joining force.
  • the counterforce is controlled by the pressure medium depending on the joining force.
  • the joining force is applied by a die 1.
  • the joining die 1 executes a wobbling movement in order to continuously apply the joining force successively to partial areas of the joining area.
  • the die 1 performs a feed movement with respect to its longitudinal axis.
  • the second force which is applied to the second component 3 by the pressure medium, is a joining force
  • the first force is applied by a mechanical support.
  • the mechanical support is provided by a die 1.
  • the die 1 carries out a wobbling movement in order to apply the first force continuously in succession to partial areas of the joining area.
  • the die 1 is fixed with respect to a movement along its longitudinal axis.
  • the pressure medium is a high pressure fluid, and for components made of steel a pressure of the high pressure fluid is approx. 4000 bar.
  • the exemplary embodiments show a device for joining at least two components 3, 4, with a molding tool 6, 7 for receiving the components 3, 4, a punch 1, which extends through an opening in the molding tool 6, 7, and a pressure medium Feed device for feeding a pressure medium into the molding tool 6, 7, the joining die 1 being provided for applying a first force to a first 4 of the components in a joining area of the components 3, 4 if these are at least partially in contact with one another in the joining area, and the pressure medium is intended to apply a second force to a second 3 of these components, and the components 3, 4 can be plastically deformed and connected to one another in the joining region by the first and second forces.
  • the joining die 1 is provided such that it can move about its longitudinal axis in order to carry out a wobbling movement about this longitudinal axis.
  • the opening in the molding tool 6, 7 has an opening angle that corresponds to a wobble angle of the die 1.
  • the die 1 can be moved in the feed direction with respect to its longitudinal axis.
  • the joining die 1 is fixed with respect to a movement along its longitudinal axis.
  • the molding tool 6, 7 has a molding surface, at least the second component 3 being plastically deformable by the pressure medium, depending on the molding surface.
  • the molding tool 6, 7 has at least two molded parts, a first molded part 7 has the molded surface, and a second molded part 6 has the opening, the second molded part 6 is provided for holding the first component 4.
  • a pressure control device is provided for controlling the pressure of the pressure medium, and the pressure medium is a high-pressure fluid.

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Abstract

Method and device for joining at least two components (3, 4), which are at least partly introduced together into a joining region in the unit, whereby a first force is applied to a first component (4) in the joining region of the components (3, 4), a second force is applied to a second (3) of said components (3, 4) and said components (3, 4) are plastically deformed in the joining region, by means of the first and second force, in order to connect the two components (3, 4) together, whereby the second force is applied to the second component (3) by means of a pressure medium..

Description

UMFORM- UND FUGEVERFAHREN FÜR ZUMINDEST ZWEI BAUTEILE UND VORRICHTUNG DAFÜRFORMING AND JOINING METHOD FOR AT LEAST TWO COMPONENTS AND DEVICE THEREFOR
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen und sowie ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen und zum Umformen von zumindest einem der Bauteile, sowie eine Vorrichtung zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, in dem/der zumindest zwei Bauteile durch plastische Verformung derselben miteinander verbunden werden.The present invention relates to a method for joining at least two components and to a method for joining at least two components and for reshaping at least one of the components, and a device for joining at least two components. In particular, the present invention relates to a method and a device in which at least two components are connected to one another by plastic deformation thereof.
Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren und eine Vorrichtung von sich überlappender, insbesondere plattenförmiger Bauteile bekannt, wobei eine Fügeverbindung zwischen den Bauteilen durch das sogenannte Halbhohlstandsnieten mit einem Hilfsfügeteil oder durch das sogenannte Clinchen oder Durchsetzfügen ohne ein entsprechendes Hilfsfügeteil erreicht wird.A method and a device of overlapping, in particular plate-shaped components is known from the prior art, a joining connection between the components being achieved by so-called semi-hollow riveting with an auxiliary joining part or by so-called clinching or clinching without a corresponding auxiliary joining part.
Bei beiden Verfahren wird ein Überlappungsbereich der Bauteile zwischen einem Stempel und einer Matrize angeordnet. Dieser Stempel wird dann in den Fügebereich der beiden Bauteile mit hoher Kraft eingedrückt, wobei sich beide Bauteile plastisch verformen. Die Matrize ist dabei so ausgebildet, daß eine Verformung der beiden Bauteile im Fügebereich derart erfolgt, daß sich Hinterschneidungsbereiche zwischen den Bauteilen ausbilden. Diese Ausbildung dieser Hinterschneidungsbereiche wird durch eine Taumelbewegung des Stempels um seine Längsachse begünstigt.In both methods, an overlap area of the components is arranged between a stamp and a die. This stamp is then pressed into the joining area of the two components with high force, with both components plastically deforming. The die is designed in such a way that the two components are deformed in the joining area in such a way that undercut areas form between the components. This formation of these undercut areas is favored by a wobbling movement of the stamp about its longitudinal axis.
Bei der Verwendung eines Hilfsfügeteiles weist dieses bereits selbst Hinterschneidungsbereiche auf, und es wird durch die beiden Bauteile im Fügebereich umschlossen, wenn das Hilfsfügeteil durch den Stempel in die Bauteile gedrückt wird und diese sich plastisch verformen.When an auxiliary joining part is used, it already has undercut areas, and it is enclosed by the two components in the joining area when the auxiliary joining part is pressed into the components by the punch and these deform plastically.
Bei den bekannten Verfahren wird durch den Stempel von einer Seite eine Fügekraft auf die beiden Bauteile aufgebracht und die Matrize auf der gegenüberliegenden Seite dient dazu, diese Fügekraft abzustützen. Diese Verfahren können verwendet werden, wenn beide Seiten der zu verbindenden Bauteile zugänglich sind, um sowohl Stempel als auch Matrize entsprechend anzuordnen. Da der Stempel auf die Matrize ausgerichtet sein muß, werden sogenannte C-Bügel verwendet, um Stempel und Matrize zu positionieren.In the known methods, a stamping force is applied to the two components from one side by the stamp, and the die on the opposite side serves to support this joining force. These methods can be used when both sides of the components to be connected are accessible to both stamp and Arrange the matrix accordingly. Since the punch must be aligned with the die, so-called C-brackets are used to position the punch and die.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik das sogenannte Hydroforming bekannt. Beim Hydroforming werden Bauteile, insbesondere Rohre oder dergleichen, in einem Formwerkzeug angeordnet und die Innenfläche dieser Bauteile mit einem relativ hohen Druck beaufschlagt. Dadurch verformt sich das Bauteil plastisch und kommt in Anlage mit einer Formfläche des Formwerkzeuges. Als Druckmedium wird dabei beispielsweise ein Hochdruckfluid verwendet.So-called hydroforming is also known from the prior art. In hydroforming, components, in particular pipes or the like, are arranged in a mold and the inner surface of these components is subjected to a relatively high pressure. As a result, the component deforms plastically and comes into contact with a molding surface of the molding tool. For example, a high-pressure fluid is used as the pressure medium.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen, ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen und zum Umformen von zumindest einem der Bauteile, sowie eine Vorrichtung zum Fügen von zwei Bauteilen anzugeben, wobei der Fügevorgang in einfacher und kostengünstigerweise durchgeführt werden kann.It is the object of the present invention to provide a method for joining at least two components, a method for joining at least two components and for reshaping at least one of the components, and a device for joining two components, the joining process being simpler and can be carried out inexpensively.
Gemäß einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.According to a first aspect, this object is achieved according to the invention by a method having the features of patent claim 1.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3.According to a further aspect, this object is achieved according to the invention by a method having the features of patent claim 3.
Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß dem Vorrichtungsaspekt erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21.Furthermore, this object is achieved according to the device aspect according to the invention by a device with the features of claim 21.
Durch die Verwendung eines Druckmediums zum Aufbringen der zweiten Kraft ist es auf vorteilhafte Weise möglich, Bauteile zu fügen, wobei eine direkte mechanische Zugänglichkeit nur von einer Seite notwendig ist. Dadurch kann die Anzahl der Teile der eigentlichen Fügevorrichtung verringert werden.By using a pressure medium to apply the second force, it is advantageously possible to join components, with direct mechanical accessibility only being necessary from one side. As a result, the number of parts of the actual joining device can be reduced.
Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 3 ein Fügen der Bauteile und ein Umformen von zumindest einem der Bauteile in einem Verfahren erreicht werden, ohne daß ein zeitaufwendiger Wechsel der Bearbeitungsmaschinen notwendig ist. Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.Furthermore, with the method according to the invention, the components can be joined and at least one of the components can be deformed in one method without the need for time-consuming changing of the processing machines. Preferred developments of the subject matter of the invention are set out in the subclaims.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The present invention is described and explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. The drawings show:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei das Fügen mit einem Hilfsfügeteil durchgeführt wird,1 shows a first embodiment, the joining being carried out with an auxiliary joining part,
Fig. 1a eine Variante des ersten Ausführungsbeispiel,1a shows a variant of the first embodiment,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei das Fügen ohne Hilfsfügeteil durchgeführt wird.Fig. 2 shows another embodiment, wherein the joining is carried out without an auxiliary joining part.
Mit Bezug auf Figur 1 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert. In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Formwerkzeuges gezeigt. Dieses Formwerkzeug weist ein erstes Formteil 7 und ein zweites Formteil 6 auf. Beide Formteile 6, 7 sind nur abschnittsweise, d.h. nicht vollständig dargestellt.An exemplary embodiment is explained with reference to FIG. 1 shows a section of a molding tool. This molding tool has a first molded part 7 and a second molded part 6. Both molded parts 6, 7 are only in sections, i.e. not fully illustrated.
In dem Formwerkzeug 6, 7 sind zwei Bauteile 3, 4 angeordnet. Diese Bauteile 3, 4 bestehen aus plastisch verformbarem Material, wie beispielsweise Stahl. In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand befinden sich Teile oder Abschnitte der genannten Bauteile 3, 4 in Anlage zueinander. Der Fügebereich zum Fügen dieser beiden Bauteile 3, 4 ist Teil dieses Anlagebereiches. Das erste Bauteil 4 ist zwischen den ersten und zweiten Formteilen 7, 6 angeordnet und wird durch diese gehalten. Das zweite Bauteil 3 ist in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand in Anlage mit einer Formfläche des ersten Formteiles 7 und des ersten Bauteils 4.Two components 3, 4 are arranged in the molding tool 6, 7. These components 3, 4 consist of plastically deformable material, such as steel. In the state shown in FIG. 1, parts or sections of the named components 3, 4 are in contact with one another. The joining area for joining these two components 3, 4 is part of this contact area. The first component 4 is arranged between the first and second molded parts 7, 6 and is held by them. In the state shown in FIG. 1, the second component 3 is in contact with a molded surface of the first molded part 7 and the first component 4.
Das zweite Formteil 6 weist eine Öffnung auf, die sich konisch zum Fügebereich hin erstreckt. In dieser Öffnung ist ein Fügestempel 1 angeordnet. Diese Fügestempel 1 ist um seine Längsachse, d.h. um eine vertikale Mittelachse in der Öffnung bewegbar, um eine Taumelbewegung um diese Mittelachse auszuführen. Diese Taumelbewegung kann tan- gential, zum Beispiel auf eine Kreisbewegung radial vom Mittelpunkt nach außen, z.B. auf einer Schwenkbewegung und in einer kombinierten Bewegung tangential/radial, z.B. in einer sogenannten Rosettenkinematik erfolgen. Der Winkel 6a der Öffnung ist gleich dem Taumelwinkel 1a des Fügestempels 1 gewählt.The second molded part 6 has an opening which extends conically towards the joining area. A punch 1 is arranged in this opening. This joining die 1 can be moved in the opening about its longitudinal axis, ie about a vertical central axis, in order to execute a wobbling movement about this central axis. This wobble can potential, for example on a circular movement radially outward from the center, for example on a swivel movement and in a combined movement tangential / radial, for example in a so-called rosette kinematics. The angle 6a of the opening is chosen equal to the wobble angle 1a of the die 1.
Zum Fügen bzw. Verbinden der beiden Bauteile 3, 4 ist in Fig. 1 ein Hilfsfügeteil 5 gezeigt, wobei die Verbindungsfestigkeit im wesentlichen durch die Hinterschneidung 8 am Fügepunkt erreicht wird.An auxiliary joining part 5 is shown in FIG. 1 for joining or connecting the two components 3, 4, the connection strength being achieved essentially by the undercut 8 at the joining point.
Ein Druckmedium, wie beispielsweise ein Hochdruckfluid wird auf die eine Seite des zweiten Bauteiles 3, wie dies durch die Pfeile 2 in Fig. 1 angedeutet ist, zugeführt. Dieses Hochdruckfluid (Drucköl) wird durch eine Druckmediumzuführungseinrichtung der gesamten Innenfläche des zweiten Bauteils 3 zugeführt.A pressure medium, such as a high pressure fluid, is supplied to one side of the second component 3, as indicated by the arrows 2 in FIG. 1. This high-pressure fluid (pressure oil) is supplied to the entire inner surface of the second component 3 by a pressure medium supply device.
In Fig. 1 ist der Endzustand der gefügten bzw. umgeformten Bauteile gezeigt. Nachfolgend werden Verfahren erläutert, um die in Fig. 1 gezeigten Bauteile 3, 4 im gefügten Zustand zu erhalten.1 shows the final state of the joined or formed components. Methods are explained below in order to obtain the components 3, 4 shown in FIG. 1 in the joined state.
Nachfolgend wird ein Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (aktive Variante - mit axialer Stempelbewegung) erläutert. Bei diesem Verfahren befindet sich das erste Bauteil 4 zwischen dem ersten und zweiten Formteil 7, 6 des Formwerkzeugs. Das zweite Bauteil 3 ist in Anlage mit der Formfläche des ersten Formteils und in Anlage mit einem Abschnitt des ersten Bauteils 4. Die Innenseite des zweiten Bauteils 3 wird durch das Druckmedium mit einem hohen Druck beaufschlagt, der gleichmäßig auf die gesamte Innenfläche des zweiten Bauteils 3 wirkt. Beim Fügen von Bauteilen aus Stahl beträgt dieser Innendruck z.B. ca. 4000 bar.A method according to a first exemplary embodiment (active variant - with axial ram movement) is explained below. In this method, the first component 4 is located between the first and second molded parts 7, 6 of the molding tool. The second component 3 is in contact with the molded surface of the first molded part and in contact with a section of the first component 4. The inside of the second component 3 is acted upon by the pressure medium with a high pressure which is uniform on the entire inner surface of the second component 3 acts. When joining steel components, this internal pressure is e.g. approx. 4000 bar.
Das Hilfsfügeteil 5 ist in der Öffnung des zweiten Formteiles angeordnet und liegt auf der Außenfläche des ersten Bauteils 4 an, ohne zunächst in dieses einzudringen. Das Hilfsfügeteil 5 wird durch den Stempel 1 zunächst in das erste Bauteil 4 und dann in das zweite Bauteil 3 eingedrückt. Dabei führt der Fügestempel 1 eine taumelnde Bewegung aus, so daß die Fügekraft auf kontinuierlich aufeinanderfolgende partielle Bereiche des Fügebereiches aufgebracht wird. Neben der Taumelbewegung führt der Stempel 1 eine Vorschubbewegung aus, um das Hilfsfügeteil 5 einzudrücken. Durch diese Fügekraft und die durch das Druckmedium erzeugte Gegenkraft werden die Bauteile plastisch verformt, wobei diese das Hilfsfügeteil 5, wie in Fig. 1 gezeigt, umschließen. Die Druckkraft durch das Druckmedium wird dabei in Abhängigkeit der Fügekraft durch den Stempel 1 gesteuert.The auxiliary joining part 5 is arranged in the opening of the second molded part and lies on the outer surface of the first component 4 without first penetrating into it. The auxiliary joining part 5 is first pressed into the first component 4 and then into the second component 3 by the stamp 1. The joining die 1 executes a wobbling movement, so that the joining force is applied to continuously successive partial areas of the joining area. In addition to the wobble movement, the punch 1 performs a feed movement in order to press in the auxiliary joining part 5. Through this joining force and the counterforce generated by the pressure medium, the components are plastically deformed, these enclosing the auxiliary joining part 5, as shown in Fig. 1. The pressure force by the pressure medium is controlled depending on the joining force by the stamp 1.
Nachfolgend werden zwei weitere Ausführungsbeispiele (passive Variante - ohne axiale Stempelbewegung) des Verfahrens erläutert. Gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel befindet sich das Hilfsfügeteil 5 in einer Position relativ zu dem Formwerkzeug, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Im Fügebereich der beiden Bauteile 3, 4 sind entsprechende Ausstülpungen (nicht gezeigt) an dem ersten und zweiten Bauteil 4, 3 vorgesehen, um das Hilfsfügeteil locker in der Ausstülpung des ersten Bauteils 4 aufzunehmen, wobei diese Ausstülpung des ersten Bauteils 4 in einer Ausstülpung des zweiten Bauteils 3 aufgenommen ist. In diesem Zustand bilden diese Ausstülpungen und das Hilfsfügeteil keine Hinterschneidungen, so daß keine feste Verbindung zwischen den Teil vorliegt.Two further exemplary embodiments (passive variant - without axial punch movement) of the method are explained below. According to this further exemplary embodiment, the auxiliary joining part 5 is in a position relative to the molding tool, as shown in FIG. 1. In the joining area of the two components 3, 4, corresponding protuberances (not shown) are provided on the first and second components 4, 3, in order to loosely accommodate the auxiliary joining part in the protuberance of the first component 4, this protuberance of the first component 4 in a protuberance of the second component 3 is added. In this state, these protuberances and the auxiliary joining part do not form any undercuts, so that there is no firm connection between the part.
Der Fügestempel ist in diesem Ausführungsbeispiel in Richtung der Längsachse fest und dient somit als Anschlag für das Hilfsfügeteil 5. Wie im vorgenannten Ausführungsbeispiel führt der Fügestempel 1 eine Taumelbewegung aus, um eine Abstützkraft auf kontinuierlich aufeinanderfolgende partielle Bereiche des Fügebereichs aufzubringen. Wird nun ein hoher Druck, wie in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel, auf die Innenseite des zweiten Bauteils aufgebracht, so werden die genannten Ausstülpungen plastisch verformt und umschließen das Hilfsfügeteil 5, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.In this embodiment, the punch is fixed in the direction of the longitudinal axis and thus serves as a stop for the auxiliary joining part 5. As in the aforementioned embodiment, the punch 1 performs a wobbling movement in order to apply a supporting force to continuously successive partial areas of the joining area. If a high pressure is now applied to the inside of the second component, as in the aforementioned exemplary embodiment, the protuberances mentioned are plastically deformed and enclose the auxiliary joining part 5, as shown in FIG. 1.
In den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist das zweite Bauteil 3 in seiner Ausgangslage bereits in Anlage mit der Innenfläche des Formteils 7 sowie des ersten Bauteils 4. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (passive Variante - ohne axiale Stempelbewegung) ist das zweite Bauteil 3 zunächst nicht in Anlage mit dem Formteil 7 und/oder dem ersten Bauteil 4. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Druckfluid unter hohem Druck auf die Innenfläche des zweiten Bauteils 3 aufgebracht. Durch diesen hohen Druck verformt sich das zweite Bauteil 3 plastisch und nimmt eine Form gemäß der Formfläche des Formwerkzeuges 6, 7 an. Dieser Verfahrensschritt entspricht in seinen Grundzügen dem bekannten Hydroforming von Bauteilen. Dadurch kann eine gewünschte Form des zweiten Bauteiles 3 erreicht werden. Durch dieses Hydroforming des zweiten Bauteiles 3 kommt dieses Bauteil in Anlage mit dem Formwerkzeug und dem ersten Bauteil 4, so daß die jeweiligen Ausgangslagen für die Verfahren der vorgenannten Ausführungsbeispiele erreicht wird. Anschließend kann das Fügen durch eines der vorgenannten Verfahren durchgeführt werden.In the aforementioned exemplary embodiments, the second component 3 is already in contact with the inner surface of the molded part 7 and the first component 4 in its starting position. In a further exemplary embodiment (passive variant - without axial stamp movement), the second component 3 is initially not in contact with the Shaped part 7 and / or the first component 4. In this embodiment, the pressure fluid is applied to the inner surface of the second component 3 under high pressure. Due to this high pressure, the second component 3 plastically deforms and takes on a shape according to the molding surface of the molding tool 6, 7. The main features of this process step correspond to the known hydroforming of components. A desired shape of the second component 3 can thereby be achieved. As a result of this hydroforming of the second component 3, this component comes into contact with the molding tool and the first component 4, so that the respective starting positions for the methods of the aforementioned exemplary embodiments are achieved. The joining can then be carried out by one of the aforementioned methods.
Bei dem Fügeverfahren in Verbindung mit dem Hydroforming können diese Verfahrensschritte sowohl nacheinander als auch im wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden.In the joining process in connection with the hydroforming, these process steps can be carried out either sequentially or essentially simultaneously.
Nachfolgend wird eine Variante der, in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Fügeverfahren beschrieben. Gemäß dieser Vatiante ist das Hilfsfügeteil 5 vorgesehen, wobei dieses Hilfsfügeteil 5 durch die erste Kraft beaufschlagt wird und durch die plastische Verformung der Bauteile 3,4 während dem Fügen von diesen umschlossen wird. Dabei ist es bevorzugt, das erste Bauteil 4 im Fügebereich, d.h. im Bereich des Hilfsfügeteils 5, mit einem Vorloch (nicht gezeigt) auszuführen. Fig 1a zeigt den Endzustand der gefügten bzw. umgeformten Bauteile. Durch das Vorlochen des ersten Bauteils 4 werden die erforderlichen Umformkräfte, insbesondere für das erste Bauteil 4 reduziert. Weiterhin wird das Einsetzen bzw. das Eindrücken des Hilfsfügeteils 5 erleichtert.A variant of the joining method explained in connection with FIG. 1 is described below. According to this variant, the auxiliary joining part 5 is provided, this auxiliary joining part 5 being acted upon by the first force and being enclosed by the plastic members 3, 4 during the joining process. It is preferred that the first component 4 in the joining area, i.e. in the area of the auxiliary joining part 5, with a pre-hole (not shown). 1a shows the final state of the joined or formed components. By pre-punching the first component 4, the required forming forces, in particular for the first component 4, are reduced. Furthermore, the insertion or pressing in of the auxiliary joining part 5 is facilitated.
Durch das Vorlochen des ersten Bauteils 4 kann sich ein Hohlraum 9 zwischen dem Hilfsfügeteil 5 und dem zweiten Bauteil 3 bilden, wie in Fig. 1a gezeigt. Weiterhin kann durch das Vorlochen ein Einzug des Material des ersten Bauteils 4 am Außenumfang des Hilfsfügeteils 5 verringert werden, wie in Fig. 1a gezeigt.By pre-punching the first component 4, a cavity 9 can form between the auxiliary joining part 5 and the second component 3, as shown in FIG. 1a. Furthermore, pre-punching can reduce the amount of material of the first component 4 on the outer circumference of the auxiliary joining part 5, as shown in FIG. 1a.
In Figur 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Formwerkzeug 6, 7 im wesentlichen gleich wie das Formwerkzeug gemäß Fig. 1 ausgebildet und es wird auf die entsprechenden Erläuterungen verwiesen.Another exemplary embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the molding tool 6, 7 is essentially the same as the molding tool according to FIG. 1 and reference is made to the corresponding explanations.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden die Bauteile 3, 4 miteinander verbunden (gefügt), ohne daß ein Hilfsfügeteil verwendet wird. Fig. 2 zeigt einen kombinierten Halbschnitt, wobei die rechte Seite die Endphase des Fügevorgangs zeigt und die linke Seite ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem vor dem Fügevorgang das zweite Bauteil 3 durch den Innenhochdruck plastisch verformt wird, bevor das Fügen erfolgt. Nachfolgend wird ein Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (aktive Variante - mit axialer Stempelbewegung) erläutert. Bei diesem Verfahren befindet sich das erste Bauteil 4 zwischen dem ersten und zweiten Formteil 7, 6 des Formwerkzeugs. Das zweite Bauteil 3 ist in Anlage mit der Formfläche des ersten Formteils und in Anlage mit einem Abschnitt des ersten Bauteils 4. Die Innenseite des zweiten Bauteils 3 wird durch das Druckmedium mit einem hohen Druck beaufschlagt, der gleichmäßig auf die gesamte Innenfläche des zweiten Bauteils 3 wirkt. Beim Fügen von Bauteilen aus Stahl beträgt dieser Innendruck z.B. ca. 4000 bar.As shown in Fig. 2, the components 3, 4 are joined together (joined) without using an auxiliary joining part. Fig. 2 shows a combined half section, the right side showing the final phase of the joining process and the left side showing an embodiment in which the second component 3 is plastically deformed by the internal high pressure before the joining process before the joining takes place. A method according to a further exemplary embodiment (active variant - with axial punch movement) is explained below. In this method, the first component 4 is located between the first and second molded parts 7, 6 of the molding tool. The second component 3 is in contact with the molded surface of the first molded part and in contact with a section of the first component 4. The inside of the second component 3 is acted upon by the pressure medium with a high pressure which is uniform on the entire inner surface of the second component 3 acts. When joining steel components, this internal pressure is approx. 4000 bar, for example.
Der Fügestempel 1 wird in das erste Bauteil 4 und dann in das zweite Bauteil 3 eingedrückt. Dabei führt der Fügestempel 1 eine taumelnde Bewegung aus, so daß die Fügekraft auf kontinuierlich aufeinanderfolgende partielle Bereiche des Fügebereiches aufgebracht wird. Neben der Taumelbewegung führt der Stempel 1 eine Vorschubbewegung aus. Durch diese Fügekraft und die durch das Druckmedium erzeugte Gegenkraft werden die Bauteile plastisch verformt, wobei sich die Hinterschneidung 8 zwischen den Bauteilen 3,4, wie in Fig. 2 gezeigt, ausbildet. Die Druckkraft durch das Druckmedium wird dabei in Abhängigkeit der Fügekraft durch den Stempel 1 gesteuert.The die 1 is pressed into the first component 4 and then into the second component 3. The joining die 1 executes a wobbling movement, so that the joining force is applied to continuously successive partial areas of the joining area. In addition to the wobble movement, the stamp 1 performs a feed movement. The components are plastically deformed by this joining force and the counterforce generated by the pressure medium, the undercut 8 being formed between the components 3, 4, as shown in FIG. 2. The pressure force by the pressure medium is controlled depending on the joining force by the stamp 1.
In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist das zweite Bauteil 3 in seiner Ausgangslage bereits in Anlage mit der Innenfläche des Formteils 7 sowie des ersten Bauteils 4. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (passive Variante - ohne axiale Stempelbewegung) ist das zweite Bauteil 3 zunächst nicht in Anlage mit dem Formteil 7 und/oder dem ersten Bauteil 4. Der Fügestempel führt dabei keinen axialen Vorschub aus. Er hat schon am Beginn des Vorganges die Stellung, wie in Fig. 2 auf der rechten Seite gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Druckfluid unter hohem Druck auf die Innenfläche des zweiten Bauteils 3 aufgebracht. Durch diesen hohen Druck verformt sich das zweite Bauteil 3 plastisch und nimmt eine Form gemäß der Formfläche des Formwerkzeuges an. Dieser Verfahrensschritt entspricht in seinen Grundzügen dem bekannten Hydroforming von Bauteilen. Dadurch kann eine gewünschte Form des zweiten Bauteiles 3 erreicht werden.In the aforementioned exemplary embodiment, the second component 3 is already in contact with the inner surface of the molded part 7 and the first component 4 in its starting position. In a further exemplary embodiment (passive variant - without axial stamp movement), the second component 3 is initially not in contact with the Shaped part 7 and / or the first component 4. The joining die does not perform any axial feed. He already has the position at the beginning of the process, as shown in Fig. 2 on the right. In this exemplary embodiment, the pressure fluid is applied to the inner surface of the second component 3 under high pressure. Due to this high pressure, the second component 3 plastically deforms and takes on a shape according to the molding surface of the molding tool. The main features of this process step correspond to the known hydroforming of components. A desired shape of the second component 3 can thereby be achieved.
Durch dieses Hydroforming des zweiten Bauteiles 3 kommt dieses Bauteil in Anlage mit dem Formwerkzeug und dem ersten Bauteil 4. Während der Umformung mit dem Fluid wird durch den taumelnden Fügestempel 1 passiv die Verbindung der Bleche realisiert. Bei dem Fügeverfahren in Verbindung mit dem Hydroforming, wie in Figur 2 gezeigt, werden diese Verfahrensschritte nacheinander (aktive Variante) als auch im wesentlichen gleichzeitig (passive Variante) durchgeführtAs a result of this hydroforming of the second component 3, this component comes into contact with the molding tool and the first component 4. During the shaping with the fluid, the wobbling die 1 passively connects the sheets. In the joining process in connection with hydroforming, as shown in FIG. 2, these process steps are carried out in succession (active variant) and essentially simultaneously (passive variant)
Die Ausführungsbeispiele zeigen Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen 3,4, die zumindest teilweise in Anlage zueinander in einem Fügebereich gebracht sind, wobei eine erste Kraft auf ein erstes 4 der Bauteile in dem Fügebereich der Bauteile 3,4 aufgebracht wird, eine zweite Kraft auf ein zweites 3 dieser Bauteile aufgebracht wird, und diese Bauteile 3,4 durch die erste und zweite Kraft in dem Fügebereich plastisch verformt werden um die Bauteile 3,4 miteinander zu verbinden, wobei die zweite Kraft durch ein Druckmedium auf das zweite Bauteile 3 aufgebracht wird.The exemplary embodiments show methods for joining at least two components 3, 4 which are at least partially brought into contact with one another in a joining area, a first force being applied to a first 4 of the components in the joining area of the components 3, 4, a second force is applied to a second 3 of these components, and these components 3, 4 are plastically deformed by the first and second force in the joining area in order to connect the components 3, 4, the second force being applied to the second component 3 by a pressure medium becomes.
In Verbindung mit Hydroforming werden diese Bauteile 3,4 in einem Formwerkzeug 6,7 angeordnet werden, wobei zumindest das zweite Bauteil 3 durch das Druckmedium plastisch in eine durch das Formwerkzeug 6,7 vorgegebene Form verformt wird und die Bauteile 3,4 in dem Fügebereich in Anlage zueinander gebracht werden, und diese Bauteile 3,4 während des Fügens in dem Formwerkzeug 6,7 sind.In connection with hydroforming, these components 3, 4 will be arranged in a molding tool 6, 7, at least the second component 3 being plastically deformed into a shape predetermined by the molding tool 6, 7 and the components 3, 4 in the joining area are brought into contact with one another, and these components 3, 4 are in the molding tool 6, 7 during the joining.
Wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt umfaßt das Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen 3,4 und zum Umformen von zumindest einem der Bauteile mit einem Formwerkzeug 6,7 zur Aufnahme dieser Bauteile 3,4, wobei ein zweites 3 der Bauteile mit einem Druckmedium beaufschlagt wird, zumindest dieses zweite Bauteil 3 durch das Druckmedium zumindest teilweise plastisch in eine durch das Formwerkzeug 6,7 vorgegebene Form verformt wird und die Bauteile 3,4 zumindest in einem Fügebereich in Anlage miteinander gebracht werden. Eine erste Kraft wird auf ein erstes 4 der Bauteile in dem Fügebereich der Bauteile 3,4 aufgebracht, eine zweite Kraft wird auf ein zweites 3 dieser Bauteile aufgebracht, und diese Bauteile 3,4 werden durch die erste und zweite Kraft in dem Fügebereich plastisch Verformt um die Bauteile 3,4 miteinander zu verbinden, wobei die zweite Kraft durch das Druckmedium auf das zweite Bauteile 3 aufgebracht wird.As shown in the exemplary embodiments, the method for joining at least two components 3, 4 and for reshaping at least one of the components with a molding tool 6, 7 for receiving these components 3, 4, a second 3 of the components being acted upon by a pressure medium , at least this second component 3 is at least partially plastically deformed by the pressure medium into a shape specified by the molding tool 6, 7 and the components 3, 4 are brought into contact with one another at least in a joining area. A first force is applied to a first 4 of the components in the joining area of the components 3, 4, a second force is applied to a second 3 of these components, and these components 3, 4 are plastically deformed by the first and second forces in the joining area in order to connect the components 3, 4 to one another, the second force being applied to the second component 3 by the pressure medium.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das zweite Bauteil 3 durch die plastische Verformung in die vorgegebene Form in Anlage mit dem Formwerkzeug 6,7 gebracht. Die plastische Verformung des zweiten Bauteiles 3 in die vorgegebene Form und das Fügen der Bauteile 3,4 wird im wesentlichen gleichzeitig durchgeführt.According to one exemplary embodiment, the second component 3 is brought into contact with the molding tool 6, 7 by the plastic deformation into the predetermined shape. The plastic deformation of the second component 3 into the predetermined shape and the joining of the components 3, 4 is carried out essentially simultaneously.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Verformung des zweiten Bauteiles 3 in die vorgegebene Form vor dem Fügen der Bauteile 3,4 durchgeführt.According to a further exemplary embodiment, the deformation of the second component 3 into the predetermined shape is carried out before the components 3, 4 are joined.
Ein Druck des Druckmediums zur plastischen Verformung des zweiten Bauteils 3 in die vorgegebene Form wird steuerbar aufgebracht.A pressure of the pressure medium for the plastic deformation of the second component 3 into the predetermined shape is applied in a controllable manner.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsfügeteil 5 vorgesehen, wobei dieses Hilfsfügeteil 5 durch die erste Kraft beaufschlagt wird und durch die plastische Verformung der Bauteile 3,4 während dem Fügen von diesen umschlossen wird. Dabei ist es bevorzugt, das erste Bauteil 4 im Fügebereich, d.h. im Bereich des Hilfsfügeteils 5, mit einem Vorloch (nicht gezeigt) auszuführen. Durch das Vorlochen des ersten Bauteils 4 werden die erforderlichen Umformkräfte, insbesondere für das erste Bauteil 4 reduziert.According to one embodiment, an auxiliary joining part 5 is provided, this auxiliary joining part 5 being acted upon by the first force and being enclosed by the plastic deformation of the components 3, 4 during the joining. It is preferred that the first component 4 in the joining area, i.e. in the area of the auxiliary joining part 5, with a pre-hole (not shown). By pre-punching the first component 4, the required forming forces, in particular for the first component 4, are reduced.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Kraft, die auf das erste Bauteil 4 aufgebracht wird, eine Fügekraft, und die zweite Kraft, die durch das Druckmedium auf das zweite Bauteil 3 aufgebracht wird, eine Gegenkraft zu der Fügekraft. Die Gegenkraft wird durch das Druckmedium in Abhängigkeit von der Fügekraft gesteuert. Die Fügekraft wird durch einen Fügestempel 1 aufgebracht. Der Fügestempel 1 führt eine Taumelbewegung aus, um die Fügekraft kontinuierlich aufeinanderfolgend auf partielle Bereiche des Fügebereiches aufzubringen. Der Fügestempel 1 führt bezüglich seiner Längsachse eine Vorschubbewegung aus.According to one exemplary embodiment, the first force that is applied to the first component 4 is a joining force, and the second force that is applied to the second component 3 by the pressure medium is a counterforce to the joining force. The counterforce is controlled by the pressure medium depending on the joining force. The joining force is applied by a die 1. The joining die 1 executes a wobbling movement in order to continuously apply the joining force successively to partial areas of the joining area. The die 1 performs a feed movement with respect to its longitudinal axis.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die zweite Kraft, die durch das Druckmedium auf das zweite Bauteil 3 aufgebracht wird, eine Fügekraft, und die erste Kraft wird durch eine mechanische AbStützung aufgebracht. Die mechanische AbStützung erfolgt durch einen Fügestempel 1. Der Fügestempel 1 führt eine Taumelbewegung aus, um die erste Kraft kontinuierlich aufeinanderfolgend auf partielle Bereiche des Fügebereiches aufzubringen. Der Fügestempel 1 ist bezüglich einer Bewegung entlang seiner Längsachse fest. Das Druckmedium ist ein Hochdruckfluid, und für Bauteile aus Stahl ist ein Druck des Hochduckfluids ca. 4000 bar.According to a further exemplary embodiment, the second force, which is applied to the second component 3 by the pressure medium, is a joining force, and the first force is applied by a mechanical support. The mechanical support is provided by a die 1. The die 1 carries out a wobbling movement in order to apply the first force continuously in succession to partial areas of the joining area. The die 1 is fixed with respect to a movement along its longitudinal axis. The pressure medium is a high pressure fluid, and for components made of steel a pressure of the high pressure fluid is approx. 4000 bar.
Die Ausführungsbeispiele zeigen eine Vorrichtung zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen 3,4, mit einem Formwerkzeug 6,7 zum Aufnehmen der Bauteile 3,4, einem Fügestempel 1 , der sich durch eine Öffnung in dem Formwerkzeug 6,7 erstreckt, und einer Druckmedium-Zuführungseinrichtung zu zuführen eines Druckmediums in das Formwerkzeug 6,7, wobei der Fügestempel 1 zum Aufbringen einer erste Kraft auf ein erstes 4 der Bauteile in einem Fügebereich der Bauteile 3,4 vorgesehen ist, wenn diese zumindest teilweise in Anlage zueinander im Fügebereich sind, und das Druckmedium zum Aufbringen einer zweite Kraft auf ein zweites 3 dieser Bauteile vorgesehen ist, und die Bauteile 3,4 durch die erste und zweite Kraft in dem Fügebereich plastisch verformbar und miteinander verbindbar sind.The exemplary embodiments show a device for joining at least two components 3, 4, with a molding tool 6, 7 for receiving the components 3, 4, a punch 1, which extends through an opening in the molding tool 6, 7, and a pressure medium Feed device for feeding a pressure medium into the molding tool 6, 7, the joining die 1 being provided for applying a first force to a first 4 of the components in a joining area of the components 3, 4 if these are at least partially in contact with one another in the joining area, and the pressure medium is intended to apply a second force to a second 3 of these components, and the components 3, 4 can be plastically deformed and connected to one another in the joining region by the first and second forces.
Gemäß der Ausführungsbeispiele ist der Fügestempel 1 bewegbar um seine Längsachse vorgesehen, zum Durchführen einer Taumelbewegung um diese Längsachse. Die Öffnung in dem Formwerkzeug 6,7 weist einen Öffnungswinkel auf, der einem Taumelwinkel des Fügestempels 1 entspricht.According to the exemplary embodiments, the joining die 1 is provided such that it can move about its longitudinal axis in order to carry out a wobbling movement about this longitudinal axis. The opening in the molding tool 6, 7 has an opening angle that corresponds to a wobble angle of the die 1.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Fügestempel 1 bezüglich seiner Längsachse in Vorschubrichtung bewegbar.According to one embodiment, the die 1 can be moved in the feed direction with respect to its longitudinal axis.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Fügestempel 1 bezüglich einer Bewegung entlang seiner Längsachse fest ist.According to a further exemplary embodiment, the joining die 1 is fixed with respect to a movement along its longitudinal axis.
Das Formwerkzeug 6,7 weist eine Formfläche auf, wobei zumindest das zweite Bauteil 3 durch das Druckmedium plastisch verformbar ist, in Abhängigkeit der Formfläche. Das Formwerkzeug 6,7 weist zumindest zwei Formteile auf, ein erster Formteil 7 weist die Formfläche auf, und ein zweiter Formteil 6 weist die Öffnung auf, das zweite Formteil 6 ist zum Halten des ersten Bauteils 4 vorgesehen.The molding tool 6, 7 has a molding surface, at least the second component 3 being plastically deformable by the pressure medium, depending on the molding surface. The molding tool 6, 7 has at least two molded parts, a first molded part 7 has the molded surface, and a second molded part 6 has the opening, the second molded part 6 is provided for holding the first component 4.
Weiterhin ist eine Drucksteuereinrichtung zur Steuerung des Druckes Druckmediums vorgesehen, und das Druckmedium ist ein Hochdruckfluid. Furthermore, a pressure control device is provided for controlling the pressure of the pressure medium, and the pressure medium is a high-pressure fluid.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen (3,4), die zumindest teilweise in Anlage zueinander in einem Fügebereich gebracht sind, wobei eine erste Kraft auf ein erstes (4) der Bauteile in dem Fügebereich der Bauteile (3,4) aufgebracht wird, eine zweite Kraft auf ein zweites (3) dieser Bauteile aufgebracht wird, und diese Bauteile (3,4) durch die erste und zweite Kraft in dem Fügebereich plastisch verformt werden um die Bauteile (3,4) miteinander zu verbinden, wobei die zweite Kraft durch ein Druckmedium auf das zweite Bauteil (3) aufgebracht wird.1. A method for joining at least two components (3, 4) which are at least partially brought into contact with one another in a joining area, a first force being applied to a first (4) of the components in the joining area of the components (3, 4) a second force is applied to a second (3) of these components, and these components (3, 4) are plastically deformed by the first and second forces in the joining area in order to connect the components (3, 4) to one another, the second force is applied to the second component (3) by a pressure medium.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß diese Bauteile (3,4) in einem Formwerkzeug (6,7) angeordnet werden, wobei zumindest das zweite Bauteil (3) durch das Druckmedium plastisch in eine durch das Formwerkzeug (6,7) vorgegebene Form verformt wird und die Bauteile (3,4) in dem Fügebereich in Anlage zueinander gebracht werden, und diese Bauteile (3,4) während des Fügens in dem Formwerkzeug (6,7) sind.2. The method according to claim 1, characterized in that these components (3,4) are arranged in a mold (6,7), at least the second component (3) plastically by the pressure medium in one by the mold (6,7 ) predetermined shape is deformed and the components (3, 4) are brought into contact with one another in the joining area, and these components (3, 4) are in the molding tool (6, 7) during the joining.
3. Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen (3,4) und zum Umformen von zumindest einem der Bauteile mit einem Formwerkzeug (6,7) zur Aufnahme dieser Bauteile (3,4), wobei ein zweites (3) der Bauteile mit einem Druckmedium beaufschlagt wird, zumindest dieses zweite Bauteil (3) durch das Druckmedium zumindest teilweise plastisch in eine durch das Formwerkzeug (6,7) vorgegebene Form verformt wird und die Bauteile (3,4) zumindest in einem Fügebereich in Anlage miteinander gebracht werden, wobei eine erste Kraft auf ein erstes (4) der Bauteile in dem Fügebereich der Bauteile (3,4) aufgebracht wird, eine zweite Kraft auf ein zweites (3) dieser Bauteile aufgebracht wird, und diese Bauteile (3,4) durch die erste und zweite Kraft in dem Fügebereich plastisch Verformt werden um die Bauteile (3,4) miteinander zu verbinden, wobei die zweite Kraft durch das Druckmedium auf das zweite Bauteile (3) aufgebracht wird. 3. Method for joining at least two components (3, 4) and for reshaping at least one of the components with a molding tool (6, 7) for receiving these components (3, 4), a second (3) of the components with a Pressure medium is acted upon, at least this second component (3) is at least partially plastically deformed by the pressure medium into a shape specified by the molding tool (6, 7) and the components (3, 4) are brought into contact with one another in at least one joining area, wherein a first force is applied to a first (4) of the components in the joining area of the components (3, 4), a second force is applied to a second (3) of these components, and these components (3, 4) by the first and second force is plastically deformed in the joining area in order to connect the components (3, 4) to one another, the second force being applied to the second component (3) by the pressure medium.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (3) durch die plastische Verformung in die vorgegebene Form in Anlage mit dem Formwerkzeug (6,7) gebracht wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the second component (3) is brought into contact with the molding tool (6, 7) by the plastic deformation into the predetermined shape.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Verformung des zweiten Bauteiles (3) in die vorgegebene Form und das Fügen der Bauteile (3,4) im wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird.5. The method according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that the plastic deformation of the second component (3) into the predetermined shape and the joining of the components (3, 4) is carried out essentially simultaneously.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des zweiten Bauteiles (3) in die vorgegebene Form vor dem Fügen der Bauteile (3,4) durchgeführt wird.6. The method according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that the deformation of the second component (3) into the predetermined shape is carried out before the joining of the components (3, 4).
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck des Druckmediums zur plastischen Verformung des zweiten Bauteils (3) in die vorgegebene Form steuerbar aufgebracht wird.7. The method according to at least one of claims 2 to 6, characterized in that a pressure of the pressure medium for the plastic deformation of the second component (3) is controllably applied in the predetermined shape.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsfügeteil (5) vorgesehen ist, wobei dieses Hilfsfügeteil (5) durch die erste Kraft beaufschlagt wird und durch die plastische Verformung der Bauteile (3,4) während dem Fügen von diesen umschlossen wird.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that an auxiliary joining part (5) is provided, this auxiliary joining part (5) being acted upon by the first force and by the plastic deformation of the components (3, 4) during the Joining is enclosed by these.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (4) im Fügebereich, insbesondere im Bereich des Hilfsfügeteils (5), vorgelocht ist.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the first component (4) in the joining area, in particular in the region of the auxiliary joining part (5), is prepunched.
10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kraft, die auf das erste Bauteil (4) aufgebracht wird, eine Fügekraft ist, und die zweite Kraft, die durch das Druckmedium auf das zweite Bauteil (3) aufgebracht wird, eine Gegenkraft zu der Fügekraft ist.10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the first force which is applied to the first component (4) is a joining force, and the second force which is exerted by the pressure medium on the second component (3 ) is applied, a counterforce to the joining force.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft durch das Druckmedium in Abhängigkeit von der Fügekraft gesteuert wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that the counterforce is controlled by the pressure medium as a function of the joining force.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fügekraft durch einen Fügestempel (1) aufgebracht wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the joining force is applied by a joining punch (1).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) eine Taumelbewegung ausführt, um die Fügekraft kontinuierlich aufeinanderfolgend auf partielle Bereiche des Fügebereiches aufzubringen.13. The method according to claim 12, characterized in that the joining stamp (1) executes a wobbling movement in order to apply the joining force continuously in succession to partial areas of the joining area.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) bezüglich seiner Längsachse eine Vorschubbewegung ausführt.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the joining punch (1) performs a feed movement with respect to its longitudinal axis.
15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kraft, die durch das Druckmedium auf das zweite Bauteil (3) aufgebracht wird, eine Fügekraft ist, und die erste Kraft durch eine mechanische Abstützung aufgebracht wird. V15. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the second force which is applied by the pressure medium to the second component (3) is a joining force, and the first force is applied by a mechanical support. V
16. erfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Abstützung durch einen Fügestempel (1) erfolgt.16. Experience according to claim 15, characterized in that the mechanical support is provided by a die (1).
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) eine Taumelbewegung ausführt, um die erste Kraft kontinuierlich aufeinanderfolgend auf partielle Bereiche des Fügebereiches aufzubringen.17. The method according to claim 15, characterized in that the joining punch (1) executes a wobble movement in order to apply the first force continuously in succession to partial areas of the joining area.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) bezüglich einer Bewegung entlang seiner Längsachse fest ist.18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that the joining punch (1) is fixed with respect to a movement along its longitudinal axis.
19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium ein Hochdruckfluid ist.19. The method according to at least one of claims 1 to 18, characterized in that the pressure medium is a high pressure fluid.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß für Bauteile aus Stahl ein Druck des Hochduckfluids ca. 4000 bar ist.20. The method according to claim 19, characterized in that for steel components, a pressure of the high pressure fluid is approximately 4000 bar.
21. Vorrichtung zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen (3,4), mit einem Formwerkzeug (6,7) zum Aufnehmen der Bauteile (3,4), einem Fügestempel (1), der sich durch eine Öffnung in dem Formwerkzeug (6,7) erstreckt, und einer Druckmedi- um-Zuführungseinrichtung zum Zuführen eines Druckmediums in das Formwerkzeug (6,7), wobei der Fügestempel (1) zum Aufbringen einer ersten Kraft auf ein erstes (4) der Bauteile in einem Fügebereich der Bauteile (3,4) vorgesehen ist, wenn diese zumindest teilweise in Anlage zueinander im Fügebereich sind, und das Druckmedium zum Aufbringen einer zweiten Kraft auf ein zweites (3) dieser Bauteile vorgesehen ist, und die Bauteile (3,4) durch die erste und zweite Kraft in dem Fügebereich plastisch verformbar und miteinander verbindbar sind.21. Device for joining at least two components (3, 4), with a molding tool (6, 7) for receiving the components (3, 4), a joining stamp (1), which extends through an opening in the molding tool (6, 7) extends, and a print media um supply device for feeding a pressure medium into the molding tool (6, 7), the joining die (1) being provided for applying a first force to a first (4) of the components in a joining region of the components (3, 4) if the latter are at least partially in contact with one another in the joining area, and the pressure medium is provided for applying a second force to a second (3) of these components, and the components (3, 4) can be plastically deformed and connected to one another in the joining area by the first and second forces are.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) bewegbar um seine Längsachse vorgesehen ist, zum Durchführen einer Taumelbewegung um diese Längsachse.22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the joining punch (1) is provided movably about its longitudinal axis, for performing a wobbling movement about this longitudinal axis.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in dem Formwerkzeug (6,7) einen Öffnungswinkel aufweist, der einem Taumelwinkel des Fügestempels (1) entspricht.23. The device according to claim 22, characterized in that the opening in the mold (6,7) has an opening angle which corresponds to a wobble angle of the die (1).
24. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) bezüglich seiner Längsachse in Vorschubrichtung bewegbar ist.24. The device according to at least one of claims 21 to 23, characterized in that the joining punch (1) is movable with respect to its longitudinal axis in the feed direction.
25. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 23; dadurch gekennzeichnet, daß der Fügestempel (1) bezüglich einer Bewegung entlang seiner Längsachse fest ist.25. The device according to at least one of claims 21 to 23; characterized in that the die (1) is fixed with respect to movement along its longitudinal axis.
26. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (6,7) eine Formfläche aufweist, wobei zumindest das zweite Bauteil (3) durch das Druckmedium plastisch verformbar ist, in Abhängigkeit der Formfläche.26. The device according to at least one of claims 21 to 25, characterized in that the molding tool (6,7) has a molding surface, wherein at least the second component (3) is plastically deformable by the pressure medium, depending on the molding surface.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (6,7) zumindest zwei Formteile aufweist, ein erster Formteil (7) die Formfläche aufweist, und ein zweiter Formteil (6) die Öffnung aufweist, das zweite Formteil (6) zum Halten des ersten Bauteils (4) vorgesehen ist. 27. The apparatus according to claim 26, characterized in that the molding tool (6, 7) has at least two molded parts, a first molded part (7) has the molded surface, and a second molded part (6) has the opening, the second molded part (6) is provided for holding the first component (4).
28. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksteuereinrichtung zur Steuerung des Druckes des Druckmediums vorgesehen ist.28. The device according to at least one of claims 21 to 27, characterized in that a pressure control device is provided for controlling the pressure of the pressure medium.
29. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium ein Hochdruckfluid ist. 29. The device according to at least one of claims 21 to 28, characterized in that the pressure medium is a high pressure fluid.
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