WO2003013759A1 - Method and device for producing a form-fit cold joining connection - Google Patents

Method and device for producing a form-fit cold joining connection Download PDF

Info

Publication number
WO2003013759A1
WO2003013759A1 PCT/DE2002/002668 DE0202668W WO03013759A1 WO 2003013759 A1 WO2003013759 A1 WO 2003013759A1 DE 0202668 W DE0202668 W DE 0202668W WO 03013759 A1 WO03013759 A1 WO 03013759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hold
down device
layers
piston
stamp
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/002668
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter Mauer
Original Assignee
Newfrey Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Newfrey Llc filed Critical Newfrey Llc
Publication of WO2003013759A1 publication Critical patent/WO2003013759A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/02Riveting procedures
    • B21J15/025Setting self-piercing rivets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03Application 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
    • B21D39/031Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/16Drives for riveting machines; Transmission means therefor
    • B21J15/20Drives for riveting machines; Transmission means therefor operated by hydraulic or liquid pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/06Use of special fluids, e.g. liquid metal; Special adaptations of fluid-pressure systems, or control of elements therefor, to the use of such fluids
    • F15B21/065Use of electro- or magnetosensitive fluids, e.g. electrorheological fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/34Special valve constructions; Shape or construction of throttling passages
    • F16F9/3405Throttling passages in or on piston body, e.g. slots
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/53Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/532Electrorheological [ER] fluid dampers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/53Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535Magnetorheological [MR] fluid dampers

Definitions

  • the subject of the invention is a method and a device for producing a positive cold-joint connection.
  • cold joint connections represent a more than suitable alternative.
  • the parts to be connected for example metal sheets, are connected to a punch rivet from two sides without prepunching.
  • the pre-punching of the joint parts required in a conventional riveting process is replaced by a corresponding cutting process caused by the self-piercing rivet itself.
  • the sheet metal components to be connected are placed on a die.
  • the sheet metal components are pressed against the die by a hold-down device and thus fixed.
  • the semi-tubular rivet punches through the layers facing it and then this is plastically deformed in the lower, die-side layer to form a closing head with radial expansion, the shape of the closing head inevitably being essentially determined by the shape of the die.
  • the material punched out of the upper layer fills the hollow rivet shank of the semi-hollow rivet and is thereby captively enclosed.
  • the semi-tubular rivet is compressed, which leads to the closing head and the head being further developed of the semi-tubular rivet is essentially flush with the upper layer of the sheet metal components.
  • a device with a holding-down device which can be moved via a piston-cylinder unit in such a way that the clamping force of the holding-down device, by means of which the layers are fixed on the die, counteracts End of the punch riveting process increases significantly. This ensures that there is no subsequent flow during punching.
  • a method for producing a punch rivet connection ensures that no annular depressions or distortions occur in the region of the head of the punch rivet.
  • a similar piston-cylinder unit for generating a necessary clamping force of the hold-down device is known from WO 93/24258.
  • the generation of different clamping forces is achieved during the punch riveting process by means of a correspondingly varying pressure control.
  • the mechanical properties of a punch rivet connection in particular the strength behavior the punch rivet connection depending on the design of the closing head.
  • the strength behavior is essentially influenced by the configuration of the area of the components between the head and the closing head of the punch rivet.
  • the present invention is based on the object of developing the known method for producing a cold joint connection in such a way that precise and functionally reliable control of the clamping force with simultaneous production of such a Chen cold joint connection is guaranteed with a higher strength.
  • Another object of the invention is to provide a device for carrying out such a method.
  • the device according to the invention for producing a cold joint connection is characterized in that during the joining process a clamping force exerted by a hold-down device on at least two layers of workpieces is varied in that the viscosity of a working fluid acting on the hold-down device and thereby its flow properties can be actively influenced.
  • an electro-rheological fluid is used as the working fluid in an embodiment of the device.
  • Electro-rheological liquids are dispersions of finely divided, electrically polarizable particles in hydrophobic, highly electrically insulating oils which, under the influence of an electric field with a sufficiently strong electric field strength, quickly and reversibly change their flow limit or their shear or shear modulus over several orders of magnitude ,
  • the electro-rheological fluid may change from a low viscosity to a plastic to almost a solid state.
  • the response time is in the range of a few milliseconds. This makes it possible, for example, to provide an excellently actively controllable mechanism if such an electro-rheological fluid is within a Piston-cylinder unit is used, as is already known, for example, from German Offenlegungsschrift DE 197 35 898 AI.
  • a change in viscosity is also associated with a corresponding change in the vaporization behavior of such a device.
  • a so-called magneto-rheological fluid is used as the working fluid.
  • Magneto-rheological liquids are suspensions of finely divided magnetic particles with a particle size of a few mm to a few ⁇ m in suitable liquids, such as mineral or silicone oils, the solids content of the suspension typically being about 20 to 60% by volume. Magneto-rheological liquids change their flow resistance under the influence of a strong magnetic field depending on the magnetic field strength. Depending on the type, they reach shear stress values of up to 100 kPa.
  • the rheological properties of the respective fluids can thus be steplessly controlled via an electrical or magnetic field.
  • the device according to the invention has a, preferably cylindrical, piston which is arranged concentrically around the punch which forms the cold joint connection between the components. Like the plunger, this piston is guided in a hollow cylindrical hold-down device in which the electro-rheological or magneto-rheological fluid is received.
  • the piston separates two liquid chambers which, according to the invention, are connected by at least one, preferably annular, traversing channel for guiding the respective liquid during the axial movement of the piston within the housing of the hold-down device.
  • electrodes which are insulated from one another are arranged for applying an electrical high voltage to be varied in a targeted manner.
  • At least one magnetic coil is provided to generate a magnetic field that can be varied in a targeted manner.
  • such magnetic coils can also be arranged outside the piston, preferably in the housing wall of the hold-down device.
  • the electrical signal or the magnetic signal for the targeted influencing of the flow properties of the respective liquids is generated in a corresponding manner via a control device, the control taking place as a function of the relative position of the plunger and the hold-down device.
  • the viscosity of the respective type of liquid and thus its flow through the channel when the piston is displaced relative to the hold-down device is specifically adjusted.
  • the electrical or magnetic field generated by the high voltage in the channel increases the viscosity of the electro- or magneto-rheological fluid within the channel in such a way that, against the flow resistance caused thereby, only a fraction of that when moving away the amount of liquid required by the piston can pass through the channel.
  • This increases the pressure in the lower liquid chamber and thus the pressure exerted on the hold-down by the piston, which acts as a clamp. transferred force to the layers of the components to be connected.
  • the clamping force exerted by the hold-down device can thus be continuously and specifically influenced according to the invention.
  • the method that can be carried out by the device according to the invention is characterized in that the course of the clamping force during the cold joining process is varied according to a predetermined course depending on the stamp path or advantageously a characteristic quantity derived from the stamp path.
  • the acceleration and / or the speed of the stamp can be used as parameters here.
  • the stamp path in turn corresponds absolutely to the path covered in the layers or the penetration depth of the joint element.
  • a call can be made by comparing, preferably in real time, the stamp path and the pressure prevailing in the liquid with predetermined values.
  • the course of the variation according to the invention can also take place in terms of control technology as a function of the workpiece properties of the layers of components to be joined together and / or the workpiece properties and / or the shape of the joint element.
  • the device and the method which can be carried out according to the invention for producing a cold joint connection can not only be limited to the cold joint process of punch riveting, but also allow use in the connecting method of so-called clinching through several layers of workpieces which does not require a joint element and which are punched through the layers and clamped to one another via the flow of the punched-through material areas that occurs.
  • Figure 1 shows schematically and in section a first embodiment of the inventive device for producing a punch rivet connection.
  • FIG. 2 shows schematically and in section a second embodiment of the device according to the invention for producing a punch rivet connection
  • Fig. 4 shows schematically and in section a fourth embodiment of the device according to the invention for producing a clinching connection.
  • Figure 1 shows schematically a section through a device for producing a punch rivet connection.
  • the device has a hold-down device 1, a punch 2 and a die 3.
  • the hold-down device 1 can be moved toward and away from the die 3.
  • Two layers 4, 5 of components are arranged between the die 3 and the holding-down device 1. These layers 4, 5 are clamped between the hold-down device 1 and the die 3.
  • the punch 2 is actuated by a device F, not shown, with a force F and thus drives a schematically illustrated punch rivet 6 through the layers 4, 5 of the workpieces for their connection.
  • the hold-down device 1 is in one piece and cylindrical and surrounds the punch 2 so that it is guided axially.
  • the piston 7 separates two liquid chambers 8 and 9, each of which contains an electro-rheological liquid 10.
  • a second piston 11 which is freely movable around the plunger 2 m in the longitudinal direction thereof, delimits the upper liquid chamber 9 and thus forms a compensation chamber 12 filled with a gas.
  • the piston is penetrated by an annular channel 13 which connects the two liquid chambers 8 and 9 to one another, so that the electro-rheological liquid 10 can flow between these liquid chambers 8 and 9.
  • the channel walls of the channel 13 are formed by high-voltage electrodes 14 and 15, which are spaced apart from one another by non-illustrated, non-conductive webs.
  • the high-voltage electrodes 14 and 15 are embedded in the piston 7 in insulators 16 and 17, respectively.
  • the high-voltage electrode 14 is supplied with the necessary current via a power line 18, which runs inside the stamp 2.
  • the power line 18 is connected to a control device 19.
  • This control device 19 is again informed from a measuring device 20 via the positional state of the slide 2 so that its linear motion with regard to the prevailing clamping force and the penetration ⁇ or moving speed of the punch rivet 6 can be controlled.
  • the plunger 2 moves the piston downward within the hold-down device 1 as long as no high voltage is applied to the high-voltage electrodes 14 and 15, because at this point in time the viscosity of the electro-rheological liquid 10 flows freely through the annular channel 13 in the piston 7.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which a magneto-rheological liquid 21 is used instead of an electro-rheological liquid.
  • the magneto-rheological fluid 21 is controlled via a magnetic field in order to influence its viscosity in a targeted manner. Accordingly, magnetic coils are used instead of high-voltage electrodes.
  • a magnet coil 22 as the one pole and a magnet coil 23 as the other pole are integrated in the wall of the hold-down device 1, all the way around it.
  • the magnet coils 22 and 23 are located essentially at the height of the piston 7.
  • a power line 24 supplies the magnet coils 22 and 23 with a current to be varied accordingly by the control device 19, on the basis of which the generated magnetic field also varies and thus the viscosity of the magneto-rheological fluid 21 actively influenced.
  • the magnet coils 22 and 23 are arranged inside the piston 7 and form the channel wall there, the power line 24 then being routed again inside the stamp 2.
  • FIGS. 1 to 3 can also be used for the method of clinching, in which the layers 4 and 5 are "punched" together directly by the punch 2 without using a joint element.
  • Fig. 4 shows this exemplarily for the device already described in connection with FIG. 1.
  • the supply of the high-voltage electrodes 14 and 15 or the magnetic coils 22 and 23 with voltages in the range of a few milliseconds can be varied, so that the clamping force exerted by the hold-down device 1 can also be varied inevitably.

Abstract

The invention relates to a device for producing a form-fit cold joining connection between layers (4, 5) on work pieces, comprising a matrix (3) and a holding down element (1), between which the layers are disposed, and a die (2) that is axially guided in said holding down element (1). In order to produce a clamping force, the holding down element (1) is actuated by a liquid (10). The invention further relates to a device and to a method by which the viscosity and thus the flowing properties of the liquid (10) can be actively influenced so that the clamping force exerted on the layers (4, 5) by the holding down element (1) can be specifically varied.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung Method and device for producing a positive-fit cold joint connection
Die Erfindung hat ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zum Gegenstand.The subject of the invention is a method and a device for producing a positive cold-joint connection.
Gerade in der Automobilindustrie gewinnen durch Kaltfugen hergestellte Verbindungen eine immer größere Bedeutung, da sie eine Alternative zu der herkömmlichen Schweißverbin¬ dung bilden können. Insbesondere bei materialbedingt schlecht schweißbaren Werkstoffpaarungen stellen Kaltfugeverbindungen eine mehr als geeignete Alternative dar. Bei- spielsweise werden bei dem Kaltfugeprozeß des Stanznietens die zu verbindenden Teile, beispielsweise Bleche, ohne Vorlochen von zwei Seiten mit einem Stanzniet verbunden. Hierbei wird das bei einem konventionellen Nietverfahren erforderliche Vorlochen der Fugeteile durch einen entspre- chenden durch den Stanzniet selbst hervorgerufenen Schneidvorgang ersetzt.Especially in the automotive industry connections established, winning by cold joints are becoming increasingly important since they can form an alternative to the conventional welded joint. In particular in the case of material pairings that are difficult to weld due to the material, cold joint connections represent a more than suitable alternative. For example, in the cold joint process of punch riveting, the parts to be connected, for example metal sheets, are connected to a punch rivet from two sides without prepunching. In this case, the pre-punching of the joint parts required in a conventional riveting process is replaced by a corresponding cutting process caused by the self-piercing rivet itself.
Beim Stanznieten, beispielsweise mit einem Halbhohlniet, werden die zu verbindenden Blechbauteile auf eine Matrize gelegt. Die Blechbauteile werden durch einen Niederhalter gegen die Matrize gedruckt und so fixiert. Sodann stanzt der Halbhohlniet die diesem zugewandten Lagen durch und anschließend wird dieser in der unteren, matrizenseitigen Lage unter Ausbildung eines Schließkopfes plastisch unter radialer Erweiterung verformt, wobei sich zwangsläufig die Gestalt des Schließkopfes im wesentlichen durch die Form der Matrize bestimmt. Das dabei aus der oberen Lage ausgestanzte Material füllt den hohlen Nietschaft des Halbhohlnietes aus und wird dabei unverlierbar eingeschlossen. Im folgenden wird der Halbhohlniet gestaucht, was dazu fuhrt, daß der Schließkopf weiter ausgebildet wird und der Kopf des Halbhohlnietes im wesentlichen mit der oberen Lage der Blechbauteile bundig abschließt.In punch riveting, for example with a semi-hollow rivet, the sheet metal components to be connected are placed on a die. The sheet metal components are pressed against the die by a hold-down device and thus fixed. Then the semi-tubular rivet punches through the layers facing it and then this is plastically deformed in the lower, die-side layer to form a closing head with radial expansion, the shape of the closing head inevitably being essentially determined by the shape of the die. The material punched out of the upper layer fills the hollow rivet shank of the semi-hollow rivet and is thereby captively enclosed. In the following, the semi-tubular rivet is compressed, which leads to the closing head and the head being further developed of the semi-tubular rivet is essentially flush with the upper layer of the sheet metal components.
Hierbei ist es für eine qualitativ hochwertige Stanzniet- Verbindung mit einem Halbhohlniet von entscheidender Bedeutung, daß die positionierten Teile einwandfrei fest¬ gehalten werden, so daß aufgrund einer bei dem Stanzprozeß in Erscheinung tretenden Nachfließbewegung die Position der Bauteile sich zueinander nicht verandern kann. Dar ber hinaus ist es wichtig, aufgrund der Werkstoffspezifischen Zusammensetzung der zu verbindenden Bauteile eine fugespe- zifische Auswahl des Materials und der Geometrie des Stanznietes zu treffen.It is of crucial importance for a high-quality punch rivet connection with a semi-tubular rivet that the positioned parts are held firmly ¬ so that the position of the components cannot change due to a post-flow movement that occurs during the punching process. Furthermore, it is important to make a joint-specific selection of the material and the geometry of the punch rivet based on the material-specific composition of the components to be connected.
So ist beispielsweise aus der WO 94/14554 eine Vorrichtung mit einem Niederhalter bekannt, der über eine Kolben- Zylinder-Einheit in einer solchen Art und Weise bewegbar ist, daß die Klemmkraft des Niederhalters, durch den die Lagen auf der Matrize fixiert werden, gegen Ende des Stanznietvorgangs erheblich ansteigt. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine Nachfließbewegung beim Stanzen nicht eintritt. Darüber hinaus wird durch ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung erreicht, daß in dem Bereich des Kopfes des Stanznietes keine ringförmigen Vertiefungen oder Verwerfungen entstehen.For example, from WO 94/14554 a device with a holding-down device is known which can be moved via a piston-cylinder unit in such a way that the clamping force of the holding-down device, by means of which the layers are fixed on the die, counteracts End of the punch riveting process increases significantly. This ensures that there is no subsequent flow during punching. In addition, such a method for producing a punch rivet connection ensures that no annular depressions or distortions occur in the region of the head of the punch rivet.
Eine ahnliche Kolben-Zylinder-Einheit zur Erzeugung einer notwendigen Klemmkraft des Niederhalters ist aus der WO 93/24258 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird über eine entsprechende variierende Drucksteuerung die Erzeugung unterschiedlicher Klemmkrafte wahrend des Stanznietvorgangs bewerkstelligt.A similar piston-cylinder unit for generating a necessary clamping force of the hold-down device is known from WO 93/24258. In this device, the generation of different clamping forces is achieved during the punch riveting process by means of a correspondingly varying pressure control.
Im allgemeinen sind die mechanischen Eigenschaften einer Stanznietverbindung, insbesondere das Festigkeitsverhalten der Stanznietverbindung abhangig von der Ausbildung des Schließkopfes. Das Festigkeitsverhalten wird hierbei im wesentlichen auch durch die Ausgestaltung des Bereichs der Bauteile zwischen dem Kopf und dem Schließkopf des Stanz- nietes beeinflußt.In general, the mechanical properties of a punch rivet connection, in particular the strength behavior the punch rivet connection depending on the design of the closing head. The strength behavior is essentially influenced by the configuration of the area of the components between the head and the closing head of the punch rivet.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 52 367 AI ist des weiteren ein Verfahren mittels einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung bekannt, bei dem die wahrend des Stanznietvorgangs von dem Niederhalter ausgeübte Klemmkraft entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit wenigstens von dem Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngroße variiert wird. Die Variation erfolgt dabei in einer solchen Art und Weise, daß die Klemmkraft wenigstens so weit verringert wird, daß eine zu dem Halbhohlniet hin gerichtete Bewegung wenigstens einer Lage der Blechbauteile ermöglicht wird. Mittels einer hydraulischen Arbeitsflussigkeit wird, von einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert, ein hydraulischer Druck auf den Niederhalter mit einem sich je nach den Gegebenheiten verändernden Druckverlauf ausgeübt.From the German published patent application DE 197 52 367 AI a method is also known by means of a device for producing a punch rivet connection, in which the clamping force exerted by the hold-down device during the punch riveting process corresponds to a predetermined course depending on at least one of the punch path and one derived from the punch path Characteristic size is varied. The variation takes place in such a manner that the clamping force is reduced at least to such an extent that movement of at least one layer of the sheet metal components towards the semi-hollow rivet is made possible. Using a hydraulic work fluid, controlled accordingly by a control device, hydraulic pressure is exerted on the hold-down device with a pressure curve that changes depending on the circumstances.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß eine derartige Vorrichtung mit dem Nachteil behaftet ist, daß sich der Dampfungseffekt des hydraulischen Drucks, insbesondere über ein möglicherweise sehr störanfälliges Proportionalventil, nur äußerst kompliziert steuern laßt. Zudem ist mit dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ein großer Gerateaufwand verbunden, der mit erhöhten Kosten einhergeht.In practice, however, it has been found that such a device has the disadvantage that the damping effect of the hydraulic pressure can be controlled only in an extremely complicated manner, in particular via a proportional valve which is possibly very susceptible to faults. In addition, this device, which is known from the prior art, involves a large outlay on equipment, which is associated with increased costs.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung einer Kaltfugeverbindung so weiterzubilden, daß eine genaue und funktionssichere Steuerung der Klemmkraft bei gleichzeitiger materialschonender Herstellung einer sol- chen Kaltfugeverbindung mit einer höheren Festigkeit gewahrleistet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchfuhrung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.Proceeding from this, the present invention is based on the object of developing the known method for producing a cold joint connection in such a way that precise and functionally reliable control of the clamping force with simultaneous production of such a Chen cold joint connection is guaranteed with a higher strength. Another object of the invention is to provide a device for carrying out such a method.
Gelost werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Weiterbildun¬ gen sind Gegenstand der jeweiligen Unteranspruche .These objects are solved are gen by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 5. Advantageous Weiterbildun ¬ subject of the respective dependent claims.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung zur Herstellung einer Kaltfügeverbindung zeichnet sich dadurch aus, daß wahrend des Fugevorgangs eine von einem Niederhalter auf mindestens zwei Lagen an Werkstucken ausgeübte Klemmkraft dadurch variiert wird, daß sich die Viskosität einer auf den Niederhalter wirkenden Arbeitsflussigkeit und dadurch deren Fließeigenschaften aktiv beeinflussen laßt.The device according to the invention for producing a cold joint connection is characterized in that during the joining process a clamping force exerted by a hold-down device on at least two layers of workpieces is varied in that the viscosity of a working fluid acting on the hold-down device and thereby its flow properties can be actively influenced.
In einer Ausfuhrung der Vorrichtung kommt gemäß der Erfin- dung als Arbeitsflussigkeit eine elektro-rheologische Flüssigkeit zur Anwendung.According to the invention, an electro-rheological fluid is used as the working fluid in an embodiment of the device.
Unter elektro-rheologischen Flüssigkeiten werden Dispersionen fein verteilter elektrisch polarisierbarer Teilchen in hydrophoben, elektrisch hoch isolierenden Ölen verstanden, die unter Einfluß eines elektrischen Feldes mit hinreichend starker elektrischer Feldstarke schnell und reversibel ihre Fließgrenze bzw. ihren Schub- oder Schermodul unter Umstanden über mehrere Größenordnungen andern. Die elektro-rheologische Fl ssigkeit wechselt dabei gegebenenfalls von einem dünnflüssigen über den plastischen bis nahezu zu einem festen Aggregatzustand. Die Ansprechzeit liegt dabei in einem Bereich weniger Millisekunden. Dadurch wird es beispielsweise möglich, einen hervorragend aktiv ansteuerbaren Mechanismus bereitzustellen, wenn eine solche elektro-rheologische Flüssigkeit innerhalb einer Kolben-Zylinder-Einheit zur Anwendung kommt, wie dies beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 35 898 AI bereits bekannt ist. Selbstredend ist mit einer Änderung der Viskosität auch eine entsprechende Änderung des Dampfungsverhaltens einer solchen Vorrichtung verbunden.Electro-rheological liquids are dispersions of finely divided, electrically polarizable particles in hydrophobic, highly electrically insulating oils which, under the influence of an electric field with a sufficiently strong electric field strength, quickly and reversibly change their flow limit or their shear or shear modulus over several orders of magnitude , The electro-rheological fluid may change from a low viscosity to a plastic to almost a solid state. The response time is in the range of a few milliseconds. This makes it possible, for example, to provide an excellently actively controllable mechanism if such an electro-rheological fluid is within a Piston-cylinder unit is used, as is already known, for example, from German Offenlegungsschrift DE 197 35 898 AI. Of course, a change in viscosity is also associated with a corresponding change in the vaporization behavior of such a device.
In einer anderen Ausftihrungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt als Arbeitsflussigkeit ein sogenannte magneto-rheologische Flüssigkeit zum Einsatz.In another embodiment of the device according to the invention, a so-called magneto-rheological fluid is used as the working fluid.
Unter magneto-rheologischen Flüssigkeiten versteht man Suspensionen fein verteilter magnetischer Partikel mit einer Partikelgroße von einigen mm bis zu einigen μm in geeigneten Flüssigkeiten, wie Mineral- oder Silikonolen, wobei der Feststoffanteil der Suspension typischerweise etwa 20 bis 60 Vol.-% betragt. Magneto-rheologische Flüssigkeiten verandern ihren Fließwiderstand unter Einfluß eines starken Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Magnet- feidstärke. Sie erreichen je nach Typ Schubspannungswerte von bis zu 100 kPa.Magneto-rheological liquids are suspensions of finely divided magnetic particles with a particle size of a few mm to a few μm in suitable liquids, such as mineral or silicone oils, the solids content of the suspension typically being about 20 to 60% by volume. Magneto-rheological liquids change their flow resistance under the influence of a strong magnetic field depending on the magnetic field strength. Depending on the type, they reach shear stress values of up to 100 kPa.
Über ein elektrisches bzw. magnetisches Feld sind somit die rheologischen Eigenschaften der jeweiligen Flussigkei- ten stufenlos steuerbar.The rheological properties of the respective fluids can thus be steplessly controlled via an electrical or magnetic field.
Durch die erfindungsgemaße Verwendung einer elektro-rheo- logischen Flüssigkeit oder einer magneto-rheologischen Flüssigkeit anstatt eines hydraulischen Ols wird ein Pro- portionalitatsventil in Zusammenhang mit einem hydraulischen 01 nicht mehr benotigt, wodurch sich auch der pulsierende Stoßeffekt des Öldrucks ausschließen laßt.Due to the use of an electro-rheological fluid or a magneto-rheological fluid according to the invention instead of a hydraulic oil, a proportional valve in connection with a hydraulic oil is no longer required, which means that the pulsating impact effect of the oil pressure can also be excluded.
Weitere Vorteile, die mit der Verwendung derartiger Flus- sigkeiten einhergehen, liegen in der Möglichkeit der unmittelbaren Aktivierung durch ein elektrisches bzw. magnetisches Signal, die innerhalb eines Millisekundenbereichs anspricht. Dar ber hinaus lassen sich unterschiedliche Eigenschaften wahrend der Kompressionsphase der Flüssigkeit einerseits und der Expansionsphase der Flus- sigkeit andererseits einstellen, so daß in beiden Phasen die Eigenschaften entsprechend variiert werden können. Beispielsweise laßt sich über eine so gezielte Variation ein radiales Nachfließen der tiefgezogenen, matrizenseiti- gen Lage in die Matrize hervorrufen, um einen gewünschten dickwandigen Gegenkopf auszubilden.Further advantages associated with the use of such liquids are the possibility of direct activation by an electrical or magnetic signal that responds within a millisecond range. Furthermore, different properties can be set during the compression phase of the liquid on the one hand and the expansion phase of the liquid on the other hand, so that the properties can be varied accordingly in both phases. For example, such a targeted variation can cause the deep-drawn, die-side layer to flow radially into the die in order to form a desired thick-walled counter head.
Bei Anlegung eines elektrischen bzw. magnetischen Feldes zeigen diese Flüssigkeiten des weiteren ein degressives Verhalten hinsichtlich der Dampfungskraft gegenüber eines durch diese Flüssigkeiten angesteuerten Kolbens. Ein weiterer Vorteil, der mit dem Einsatz solcher Flüssigkeiten verbunden ist, liegt in der Tatsache, daß innerhalb einer diese Flüssigkeiten zunutze machenden Vorrichtung der Anteil der mechanisch zu bewegenden Bauteile, beispiels- weise bei einer Kolben-Zylinder-Einheit, erheblich reduziert werden kann.When an electric or magnetic field is applied, these liquids also show a degressive behavior with regard to the damping force compared to a piston controlled by these liquids. Another advantage associated with the use of such liquids lies in the fact that the proportion of components to be moved mechanically, for example in a piston-cylinder unit, can be considerably reduced within a device making use of these liquids.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung weist einen um den Stempel, der die Kaltfugeverbindung zwischen den Bauteilen ausbildet, konzentrisch angeordneten, vorzugsweise zylindrischen Kolben auf. Dieser Kolben ist ebenso wie der Stempel in einem hohlzylindrischen Niederhalter gefuhrt, in dem die elektro-rheologische oder magneto-rheologische Flüssigkeit aufgenommen ist.The device according to the invention has a, preferably cylindrical, piston which is arranged concentrically around the punch which forms the cold joint connection between the components. Like the plunger, this piston is guided in a hollow cylindrical hold-down device in which the electro-rheological or magneto-rheological fluid is received.
Der Kolben trennt zwei Flussigkeitskammern voneinander, die gemäß der Erfindung durch mindestens einen diesen, vorzugsweise ringförmig, durchquerenden Kanal zur Fuhrung der jeweiligen Flüssigkeit wahrend der axialen Bewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses des Niederhalters in Verbindung stehen. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind, für den Fall der Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit in dem Bereich der Kanalwande voneinander isolierte Elektroden zur Anlegung einer gezielt zu variierenden elektri- sehen Hochspannung angeordnet.The piston separates two liquid chambers which, according to the invention, are connected by at least one, preferably annular, traversing channel for guiding the respective liquid during the axial movement of the piston within the housing of the hold-down device. In one embodiment of the invention, in the case of using an electro-rheological liquid in the region of the channel walls, electrodes which are insulated from one another are arranged for applying an electrical high voltage to be varied in a targeted manner.
In analoger Weise ist für den Fall des Einsatzes einer magneto-rheologischen Flüssigkeit in der Nahe des Kanals zumindest eine Magnetspule zur Erzeugung eines gezielt zu variierenden magnetischen Feldes vorgesehen.Similarly, if a magneto-rheological fluid is used in the vicinity of the channel, at least one magnetic coil is provided to generate a magnetic field that can be varied in a targeted manner.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können derartige Magnetspulen auch außerhalb des Kolbens, vorzugsweise m der Gehausewandung des Niederhalters angeordnet sein.In a further advantageous embodiment of the invention, such magnetic coils can also be arranged outside the piston, preferably in the housing wall of the hold-down device.
Gemäß der Erfindung wird über eine Steuereinrichtung in entsprechender Weise das elektrische Signal oder das magnetische Signal zur gezielten Beeinflussung der Fließ- eigenschaften der jeweiligen Flüssigkeiten erzeugt, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von der Relativlage des Stempels und des Niederhalters erfolgt. Dabei wird in Abhängigkeit von der Hohe der Spannung an den Elektroden oder an der Magnetspule die Viskosität der jeweiligen Flussigkeitsart und damit deren Strömung durch den Kanal bei einer Verschiebung des Kolbens gegenüber dem Niederhalter gezielt eingestellt. Mit anderen Worten wird durch das von der Hochspannung in dem Kanal erzeugte elektrische bzw. magnetische Feld die Viskosität der elektro- bzw. magneto-rheologischen Flüssigkeit innerhalb des Kanals so erhöht, daß gegen den dadurch hervorgerufenen Stromungswiderstand gegebenenfalls nur noch ein Bruchteil der bei der Abbewegung des Kolbens geforderten Flussigkeitsmenge den Kanal passieren kann. Hierdurch steigt der Druck in der unteren Flussigkeitskammer und damit der auf den Niederhalter von dem Kolben ausgeübte Druck, der sich als Klemm- kraft auf die Lagen der zu verbindenden Bauteile übertragt.According to the invention, the electrical signal or the magnetic signal for the targeted influencing of the flow properties of the respective liquids is generated in a corresponding manner via a control device, the control taking place as a function of the relative position of the plunger and the hold-down device. Depending on the level of the voltage at the electrodes or at the magnetic coil, the viscosity of the respective type of liquid and thus its flow through the channel when the piston is displaced relative to the hold-down device is specifically adjusted. In other words, the electrical or magnetic field generated by the high voltage in the channel increases the viscosity of the electro- or magneto-rheological fluid within the channel in such a way that, against the flow resistance caused thereby, only a fraction of that when moving away the amount of liquid required by the piston can pass through the channel. This increases the pressure in the lower liquid chamber and thus the pressure exerted on the hold-down by the piston, which acts as a clamp. transferred force to the layers of the components to be connected.
Da die Viskosität beider Flussigkeitsformen gezielt stufenlos einstellbar ist, ist somit gemäß der Erfindung auch die durch den Niederhalter ausgeübte Klemmkraft gezielt stufenlos beeinflußbar.Since the viscosity of both forms of liquid can be continuously and specifically adjusted, the clamping force exerted by the hold-down device can thus be continuously and specifically influenced according to the invention.
Das durch die erfindungsgemaße Vorrichtung durchfuhrbare Verfahren zeichnet sich in einer Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß der Verlauf der Klemmkraft wahrend des Kaltfugeprozesses entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit von dem Stempelweg oder vorteilhafterweise einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngroße variiert wird. Als Kenngroßen lassen sich beispielsweise hier insbesondere die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit des Stempels heranziehen. Bei Einsatz eines Fugeelements, beispielsweise bei Verwendung der Vorrichtung zum Stanznieten, korrespondiert der Stempelweg wiederum absolut mit dem in den Lagen zurückgelegten Weg bzw. der Eindringtiefe des Fugeelements.In a further development of the invention, the method that can be carried out by the device according to the invention is characterized in that the course of the clamping force during the cold joining process is varied according to a predetermined course depending on the stamp path or advantageously a characteristic quantity derived from the stamp path. For example, the acceleration and / or the speed of the stamp can be used as parameters here. When using a joint element, for example when using the device for punch riveting, the stamp path in turn corresponds absolutely to the path covered in the layers or the penetration depth of the joint element.
Gemäß der Erfindung sind in der Steuereinrichtung mehrere unterschiedliche Programmprofile zur Steuerung bzw. für einen Abruf möglicher Variationsverlaufe abgelegt. So kann beispielsweise ein Abruf durch einen Vergleich, vorzugsweise in Echtzeit, des Stempelwegs und des in der Flüssigkeit vorherrschenden Drucks mit vorgegebenen Großen erfolgen.According to the invention, several different program profiles for controlling or for calling up possible variation courses are stored in the control device. For example, a call can be made by comparing, preferably in real time, the stamp path and the pressure prevailing in the liquid with predetermined values.
Um den unerw nschten Nachfließeffekt auszuschließen, kann der Verlauf der Variation gemäß der Erfindung steuerungstechnisch auch in Abhängigkeit der Werkstuckeigenschaften der miteinander zu verbindenden Lagen an Bauteilen und/oder der Werkstuckeigenschaften und/oder der Formgestalt des Fugeelements erfolgen. Die Vorrichtung und das durch diese durchfuhrbare Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Kaltfugeverbindung lassen sich nicht nur auf den Kaltfugeprozeß des Stanznietens beschranken, sondern erlauben auch einen Einsatz bei dem Verbindungsverfahren des sog. Durchsetzfugens durch mehrere Lagen an Werkstucken, das kein Fugeelement benotigt und bei dem die Lagen durchgestanzt und über das dabei auftretende Fließen der durchgestanzten Materialbe- reiche miteinander verklemmt werden.In order to rule out the undesired afterflow effect, the course of the variation according to the invention can also take place in terms of control technology as a function of the workpiece properties of the layers of components to be joined together and / or the workpiece properties and / or the shape of the joint element. The device and the method which can be carried out according to the invention for producing a cold joint connection can not only be limited to the cold joint process of punch riveting, but also allow use in the connecting method of so-called clinching through several layers of workpieces which does not require a joint element and which are punched through the layers and clamped to one another via the flow of the punched-through material areas that occurs.
Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens sowie der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von mehrerer, in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispie- len. Es zeigen:Further features and advantages of the method and the device result from the description of several exemplary embodiments shown in the drawings. Show it:
Fig. 1 schematisch und im Schnitt eine erste Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung;Figure 1 shows schematically and in section a first embodiment of the inventive device for producing a punch rivet connection.
Fig. 2 schematisch und im Schnitt eine zweite Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung;2 shows schematically and in section a second embodiment of the device according to the invention for producing a punch rivet connection;
Fig. 3 schematisch und im Schnitt eine dritte Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung; und3 schematically and in section a third embodiment of the device according to the invention for producing a punch rivet connection; and
Fig. 4 schematisch und im Schnitt eine vierte Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Durchsetzfugeverbindung.Fig. 4 shows schematically and in section a fourth embodiment of the device according to the invention for producing a clinching connection.
In den Figuren sind identische Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben. Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung.In the figures, identical components are shown with the same reference numerals. Figure 1 shows schematically a section through a device for producing a punch rivet connection.
Die Vorrichtung weist einen Niederhalter 1, einen Stempel 2 und eine Matrize 3 auf. Der Niederhalter 1 ist zur Matrize 3 hin und von dieser weg bewegbar.The device has a hold-down device 1, a punch 2 and a die 3. The hold-down device 1 can be moved toward and away from the die 3.
Zwischen der Matrize 3 und dem Niederhalter 1 sind zwei Lagen 4, 5 von Bauteilen angeordnet. Diese Lagen 4, 5 wer- den zwischen dem Niederhalter 1 und der Matrize 3 eingeklemmt. Der Stempel 2 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung mit einer Kraft F nach unten betätigt und treibt so einen schematisch dargestellten Stanzniet 6 durch die Lagen 4, 5 der Werkstucke zu deren Verbindung.Two layers 4, 5 of components are arranged between the die 3 and the holding-down device 1. These layers 4, 5 are clamped between the hold-down device 1 and the die 3. The punch 2 is actuated by a device F, not shown, with a force F and thus drives a schematically illustrated punch rivet 6 through the layers 4, 5 of the workpieces for their connection.
Der Niederhalter 1 ist emstuckig und zylindrisch ausgebildet und umgibt denn Stempel 2, so daß dieser axial gefuhrt ist.The hold-down device 1 is in one piece and cylindrical and surrounds the punch 2 so that it is guided axially.
Ein Kolben 7, der den Stempel 2 konzentrisch umschließt, ist in dem zylindrischen Gehäuse des Niederhalters 1 ebenfalls axial gefuhrt. Der Kolben 7 trennt dabei zwei Flus- sigkeitskammern 8 und 9, m denen jeweils eine elektro- rheologische Flüssigkeit 10 aufgenommen ist.A piston 7, which surrounds the punch 2 concentrically, is also guided axially in the cylindrical housing of the hold-down 1. The piston 7 separates two liquid chambers 8 and 9, each of which contains an electro-rheological liquid 10.
Ein zweiter Kolben 11, der um den Stempel 2 m dessen Längsrichtung frei beweglich ist, begrenzt die obere Flus- sigkeitskammer 9 und bildet so eine mit einem Gas gefüllte Ausgleichskammer 12 aus.A second piston 11, which is freely movable around the plunger 2 m in the longitudinal direction thereof, delimits the upper liquid chamber 9 and thus forms a compensation chamber 12 filled with a gas.
Der Kolben wird von einem ringförmigen Kanal 13 durchsetzt, der die beiden Flussigkeitskammern 8 und 9 miteinander verbindet, so daß die elektro-rheologische Flüssigkeit 10 zwischen diesen Flussigkeitskammern 8 und 9 flie- ßen kann. Die Kanalwande des Kanals 13 werden dabei von Hochspannungselektroden 14 und 15 gebildet, die durch nicht dargestellte, nicht leitende Stege voneinander beabstandet sind. Die Hochspannungselektroden 14 und 15 sind in dem Kolben 7 jeweils in Isolatoren 16 und 17 eingebettet.The piston is penetrated by an annular channel 13 which connects the two liquid chambers 8 and 9 to one another, so that the electro-rheological liquid 10 can flow between these liquid chambers 8 and 9. The channel walls of the channel 13 are formed by high-voltage electrodes 14 and 15, which are spaced apart from one another by non-illustrated, non-conductive webs. The high-voltage electrodes 14 and 15 are embedded in the piston 7 in insulators 16 and 17, respectively.
Die Hochspannungselektrode 14 wird über eine Stromleitung 18, die in dem Inneren des Stempels 2 verlauft, mit dem notigen Strom versorgt.The high-voltage electrode 14 is supplied with the necessary current via a power line 18, which runs inside the stamp 2.
Die Stromleitung 18 steht mit einer Steuereinrichtung 19 in Verbindung. Diese Steuereinrichtung 19 wird wiederum von einer Meßeinrichtung 20 über den Lagezustand des Stempels 2 informiert, so daß dessen lineare Bewegung hin- sichtlich der vorherrschenden Klemmkraft und der Eindring¬ bzw. Fortbewegungsgeschwindigkeit des Stanzniets 6 kontrolliert werden kann.The power line 18 is connected to a control device 19. This control device 19 is again informed from a measuring device 20 via the positional state of the slide 2 so that its linear motion with regard to the prevailing clamping force and the penetration ¬ or moving speed of the punch rivet 6 can be controlled.
Im Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung bewegt der Stempel 2 den Kolben innerhalb des Niederhalters 1 nach unten, so lange keine Hochspannung an den Hochspannungs- elektroden 14 und 15 angelegt ist, da zu diesem Zeitpunkt die Viskosität des elektro-rheologischen Flüssigkeit 10 ein ungehindertes Durchfließen durch den ringförmigen Kanal 13 in dem Kolben 7 zulaßt.In the operation of the device according to the invention, the plunger 2 moves the piston downward within the hold-down device 1 as long as no high voltage is applied to the high-voltage electrodes 14 and 15, because at this point in time the viscosity of the electro-rheological liquid 10 flows freely through the annular channel 13 in the piston 7.
Kommt die Vorrichtung nun mit der oberen Lage 4 der beiden Lagen 4, 5 in Kontakt, wird innerhalb eines Millisekunden- Bereichs eine hohe Spannung an den Hochspannungselektrode 14 und 15 angelegt. Dadurch ändert sich schlagartig die Viskosität der elektro-rheologischen Flüssigkeit 10, so daß diese nicht mehr ausreichend fließfahig ist und demzufolge durch den ringförmigen Kanal 13 m dem Kolben 7 nicht mehr verdrangt werden kann. Dadurch wird die Kom- pression in der unteren Flussigkeitskammer 8 erhöht, so daß sich eine Kraft auf den Niederhalter 1 übertragt und dadurch die Klemmkraft auf die beiden Lagen 4, 5 in entsprechender Weise erhöht.If the device now comes into contact with the upper layer 4 of the two layers 4, 5, a high voltage is applied to the high-voltage electrodes 14 and 15 within a millisecond range. As a result, the viscosity of the electro-rheological fluid 10 changes suddenly, so that it is no longer sufficiently flowable and consequently the piston 7 can no longer be displaced by the annular channel 13 m. This increases the compression in the lower liquid chamber 8, so that a force is transmitted to the hold-down device 1 and thereby increasing the clamping force on the two layers 4, 5 in a corresponding manner.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausfuhrung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der anstatt einer elektro-rheologischen Flüssigkeit eine magneto-rheologische Flüssigkeit 21 zur Verwendung kommt.2 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which a magneto-rheological liquid 21 is used instead of an electro-rheological liquid.
Die magneto-rheologische Flüssigkeit 21 wird über ein Magnetfeld angesteuert, um deren Viskosität gezielt zu beeinflussen. Dementsprechend kommen statt Hochspannungselektroden Magnetspulen zum Einsatz.The magneto-rheological fluid 21 is controlled via a magnetic field in order to influence its viscosity in a targeted manner. Accordingly, magnetic coils are used instead of high-voltage electrodes.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfuhrungsform sind eine Magnetspule 22 als der eine Pol und eine Magnetspule 23 als der andere Pol in der Wandung des Niederhalters 1, diesen vollständig umlaufend, integriert. Die Magnetspule 22 und 23 befinden sich dabei im wesentlichen auf der Hohe des Kolbens 7. Eine Stromleitung 24 versorgt die Magnetspulen 22 und 23 mit einem von der Steuereinrichtung 19 entsprechend zu variierenden Strom, ausgehend von dem auch das generierte Magnetfeld variiert und so die Viskosität der magneto-rheologischen Flüssigkeit 21 aktiv beeinflußt .In the embodiment shown in FIG. 2, a magnet coil 22 as the one pole and a magnet coil 23 as the other pole are integrated in the wall of the hold-down device 1, all the way around it. The magnet coils 22 and 23 are located essentially at the height of the piston 7. A power line 24 supplies the magnet coils 22 and 23 with a current to be varied accordingly by the control device 19, on the basis of which the generated magnetic field also varies and thus the viscosity of the magneto-rheological fluid 21 actively influenced.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausfuhrungsform befinden sich die Magnetspulen 22 und 23 innerhalb des Kolbens 7 angeordnet und bilden dort die Kanalwand aus, wobei dann die Stromleitung 24 wieder in dem Inneren des Stempels 2 gefuhrt verlegt ist.In the embodiment shown in FIG. 3, the magnet coils 22 and 23 are arranged inside the piston 7 and form the channel wall there, the power line 24 then being routed again inside the stamp 2.
Die erfindungsgemaßen Vorrichtungen, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, lassen sich auch für das Verfahren des Durchsetzfugens zur Anwendung bringen, bei dem die Lagen 4 und 5 ohne Verwendung eines Fugeelementes von dem Stempel 2 unmittelbar miteinander „verstanzt" werden. Fig. 4 zeigt diese exemplarisch für die bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Vorrichtung.The devices according to the invention, as shown in FIGS. 1 to 3, can also be used for the method of clinching, in which the layers 4 and 5 are "punched" together directly by the punch 2 without using a joint element. Fig. 4 shows this exemplarily for the device already described in connection with FIG. 1.
Gemäß der Erfindung läßt sich nun die Versorgung der Hochspannungselektroden 14 und 15 bzw. der Magnetspulen 22 und 23 mit Spannungen im Bereich weniger Millisekunden variieren, so daß sich auch zwangsläufig die durch den Niederhalter 1 ausgeübte Klemmkraft variieren läßt. According to the invention, the supply of the high-voltage electrodes 14 and 15 or the magnetic coils 22 and 23 with voltages in the range of a few milliseconds can be varied, so that the clamping force exerted by the hold-down device 1 can also be varied inevitably.
Bezugs zeichenliste :Reference character list:
1 Niederhalter1 hold-down device
2 Stempel2 stamps
3 Matrize3 die
4, 5 Lagen an Bauteilen4, 5 layers of components
6 Stanzniet6 punch rivet
7 Kolben7 pistons
8 Untere Flussigkeitskammer8 Lower liquid chamber
9 Obere Flussigkeitskammer9 Upper liquid chamber
10 Elektro-rheologische Flüssigkeit10 electro-rheological fluid
11 2. Kolben11 2nd piston
12 Ausgleichskämmer12 compensation chambers
13 Ringförmiger Kanal13 Annular channel
14 Hochspannungselektrode14 high voltage electrode
15 Hochspannungselektrode15 high voltage electrode
16 Isolator16 isolator
17 Isolator17 isolator
18 Stromleitung18 power line
19 Steuereinrichtung19 control device
20 Meßeinrichtung20 measuring device
21 Magneto-rheologische Flüssigkeit21 Magneto-rheological fluid
22 Magnetspule22 solenoid
23 Magnetspule23 solenoid
24 Stromleitung 24 power line

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zwischen Lagen von Werkstucken mit einer Matrize und einem hohlzylindrischen Niederhalter, der die Lagen gegen die Matrize druckt, und mit einem in dem Niederhalter koaxial geführten und diesen durchsetzenden Stempel, der einen in dem Niederhalter axial geführten Kolben in fester Verbindung tragt, wobei der Kolben in dem Niederhalter zwei je mit einer Arbeitsflussigkeit gefüllte, durch jeweils einen Boden begrenzte, in sich abgeschlossene Flussigkeitskammern trennt, die durch einen in seiner Durchlässigkeit mittels einer Steuervorrichtung ein- stellbaren Kanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflussigkeit eine elektro-rheolo¬ gische Flüssigkeit (10) ist und daß der Kanal (13) zu deren Fuhrung den Kolben (7) durchsetzt, wobei gegenüberliegende Kanalwande voneinander isolierte Hoch- spannungselektroden (14,15) bilden, die über eine in dem Stempel (2) axial geführte Zuleitung (18) von der Steuervorrichtung (19) mit einer elektrischen Spannung versorgt werden, die von der Steuervorrichtung (19) in Abhängigkeit von der Relativlage von Stempel (2) und Niederhalter (1) einstellbar ist und in Abhängigkeit von der Hohe der Spannung die Viskosität der elektro-rheologische Flüssigkeit (10) und damit deren Strömung durch den Kanal (13) beim Verschieben des Kolbens (7) gegenüber dem Niederhalter (1) ein- stellt.1. Device for producing a form-fitting cold joint connection between layers of workpieces with a die and a hollow cylindrical hold-down device, which presses the layers against the die, and with a punch which is guided coaxially in the hold-down device and passes through it and which holds a piston axially guided in the hold-down device carries a fixed connection, the piston in the hold-down device separating two liquid chambers which are each filled with a working fluid, delimited by a bottom and closed off, and are connected by a channel which is adjustable in terms of its permeability by means of a control device, characterized in that the Arbeitsflussigkeit an electro-rheolo ¬ cal liquid (10), and that the channel (13) passes through the piston (7) to whose leadership, wherein opposite channel walls mutually insulated high-voltage electrodes (14,15) form, which has a in the die (2) axially guided supply line (18) from the control device (19) are supplied with an electrical voltage which can be set by the control device (19) depending on the relative position of the punch (2) and hold-down device (1) and, depending on the magnitude of the voltage, the viscosity of the electro-rheological Liquid (10) and thus its flow through the channel (13) when the piston (7) is displaced relative to the hold-down device (1).
2. Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zwischen Lagen von Werkstucken mit einer Matrize und einem hohlzylindrischen Niederhal- ter, der die Lagen gegen die Matrize druckt, und mit einem in dem Niederhalter koaxial geführten und die- - lö ¬2. Device for producing a form-fitting cold joint connection between layers of workpieces with a die and a hollow cylindrical hold-down device, which presses the layers against the die, and with a die that is guided coaxially in the hold-down device and that - solve
sen durchsetzenden Stempel, der einen in dem Niederhalter axial geführten Kolben in fester Verbindung tragt, wobei der Kolben in dem Niederhalter zwei je mit einer Arbeitsflussigkeit gefüllte, durch jeweils einen Boden begrenzte, in sich abgeschlossene Flussigkeitskammern trennt, die durch einen in seiner Durchlässigkeit mittels einer Steuervorrichtung einstellbaren Kanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflussigkeit eine magneto-rheologische Flüssigkeit (21) ist und daß der Kanal (13) zu deren Fuhrung den Kolben (7) durchsetzt, wobei der Kanal (13) von einer Magnetspule (22,23) umschlossen ist, die über eine Zuleitung (24) von der Steuervorrichtung (19) mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, die von der Steuervorrichtungsen penetrating punch, which carries a piston axially guided in the hold-down device in a fixed connection, the piston in the hold-down device separating two liquid chambers, each filled with a working fluid and delimited by a base, which is permeable by means of a Control device adjustable channel are connected, characterized in that the working fluid is a magneto-rheological liquid (21) and that the channel (13) passes through the piston (7), the channel (13) by a solenoid (22, 23) is enclosed, which is supplied via a supply line (24) from the control device (19) with an electrical voltage from the control device
(19) in Abhängigkeit von der Relativlage von Stempel(19) depending on the relative position of the stamp
(2) und Niederhalter (1) einstellbar ist und in(2) and hold-down device (1) is adjustable and in
Abhängigkeit von der Hohe der Spannung die Viskosität der magneto-rheologische Flüssigkeit (21) und damit deren Strömung durch den Kanal (13) beim Verschieben des Kolbens (2) gegenüber dem Niederhalter (1) einstellt.Depending on the magnitude of the voltage, the viscosity of the magneto-rheological liquid (21) and thus its flow through the channel (13) is adjusted when the piston (2) is moved relative to the hold-down device (1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22,23) in dem zylindrischen Bereich des Niederhalters (1) angeordnet und die Zuleitung (24) von außen über die Wandung des Niederhalters (1) an die Magnetspule (22,23) gefuhrt ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the magnet coil (22, 23) is arranged in the cylindrical region of the hold-down device (1) and the feed line (24) from the outside via the wall of the hold-down device (1) to the magnet coil (22, 23) is performed.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22,23) in dem Kolben (7) angeordnet und die Zuleitung (24) in dem Stempel (2) axial gefuhrt ist.4. The device according to claim 2, characterized in that the magnet coil (22, 23) is arranged in the piston (7) and the feed line (24) is guided axially in the stamp (2).
5. Verfahren zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zwischen Lagen von Werkstucken, insbesondere mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem mindestens zwei Lagen von Werkstucken von einem über eine Arbeitsflussigkeit ansteuerbaren Niederhalter gegen die Matrize gedruckt werden und zwischen denen mittels eines in dem Niederhalter axial geführten Stempels eine formschlus- sige Kaltfügeverbindung ausgebildet wird, wobei wah¬ rend des Kaltfugens eine von dem Niederhalter auf die zwei Lagen ausgeübte Klemmkraft variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation über eine gezielte Einstellung der Viskosität der Arbeitsflussigkeit (10,21) und damit von deren Stromungsverhal¬ ten erfolgt.5. Process for producing a form-fitting cold joint connection between layers of workpieces, in particular with a device according to claim 1 or 2, in which at least two layers of workpieces are printed against the die by a hold-down device which can be controlled via a working fluid and between which a positive cold-joint connection is formed by means of a stamp guided axially in the hold-down device, wah ¬ During the cold joint, a clamping force exerted by the hold-down device on the two layers is varied, characterized in that the variation takes place via a targeted adjustment of the viscosity of the working fluid (10, 21) and thus of its flow behavior .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit von einem Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngroße, ins¬ besondere wie der Beschleunigung und/oder der Geschwindigkeit des Stempels (2), erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that the variation takes place according to a predetermined course depending on a stamp path or a derived from the stamp path characteristic, in particular ¬ such as the acceleration and / or the speed of the stamp (2).
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (2) ein Fugeelement (6), insbesondere einen Stanzniet, in die Lagen (4,5) druckt.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the stamp (2) a joint element (6), in particular a punch rivet, in the layers (4,5) prints.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (2) mittels Durchsetzfugen die Lagen (4,5) miteinander verklemmt.8. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the stamp (2) by means of clinching the layers (4,5) clamped together.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempelweg und der in der Arbeitsflussigkeit vorherrschende Druck gemessen, mit einem abgespeicherten Verlauf für die Variation ver- glichen und dieser in Echtzeit abgerufen wird. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the stamp path and the pressure prevailing in the work flow are measured, compared with a stored profile for the variation and this is called up in real time.
0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf in Abhängigkeit der Werkstuckeigenschaften der Lagen (4,5) und/oder des Fugeelements (6) festgelegt wird. 0. The method according to claim 9, characterized in that the course is determined depending on the workpiece properties of the layers (4,5) and / or the joint element (6).
PCT/DE2002/002668 2001-07-20 2002-07-19 Method and device for producing a form-fit cold joining connection WO2003013759A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001135488 DE10135488A1 (en) 2001-07-20 2001-07-20 Method and device for producing a positive cold joint connection
DE10135488.6 2001-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003013759A1 true WO2003013759A1 (en) 2003-02-20

Family

ID=7692561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/002668 WO2003013759A1 (en) 2001-07-20 2002-07-19 Method and device for producing a form-fit cold joining connection

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10135488A1 (en)
WO (1) WO2003013759A1 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10332124A1 (en) * 2003-07-15 2005-02-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for rivet and clinch connections of e.g. overlapping steel sheets with size of bottom die aperture and cross section of die end face adjusted to form clinch connection, and control unit for rivet connection
WO2005049278A1 (en) * 2003-11-21 2005-06-02 Hainbuch Gmbh Spannende Technik Clamping jaws and clamping device for clamping workpieces
DE102004015568A1 (en) * 2004-03-30 2005-10-27 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Combined clinching and punch riveting tool for mechanical joining of at least two workpieces has punch lifting device through which punch lift is selectively adjustable between lift for clinching and lift for punch riveting
DE102004058452A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Current detection device and method for producing such a current detection device
WO2009122179A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 The University Of Nottingham Engagement arrangement
CN102022472A (en) * 2010-12-23 2011-04-20 上海应用技术学院 Rotary foam metal magnetorheological fluid damper
EP2170538B1 (en) * 2007-06-08 2012-08-15 EADS Deutschland GmbH Shaping method and especially magnetorheological lubricant and device for use in said method
WO2014025608A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Newfrey Llc Rivet setting machine
CN103758911A (en) * 2014-01-27 2014-04-30 安徽柳工起重机有限公司 Vehicle magneto-rheological oil gas suspension damping valve
CN108730399A (en) * 2018-06-20 2018-11-02 安徽工程大学 Vibration insulating system
CN109307038A (en) * 2018-12-12 2019-02-05 上海大学 A kind of damper of the multilayer pole plate based on giant electro-rheological liquid shearing valve type
WO2019038031A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Pressure pin of a press and press having pressure pin
CN109954830A (en) * 2019-04-23 2019-07-02 沈阳航空航天大学 A kind of modular electromagnetic caulking gun

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993024258A1 (en) * 1992-06-04 1993-12-09 Ariel Industries Plc Fastener applicator with independent workpiece clamping and fastener driving
WO1994014554A1 (en) * 1992-12-19 1994-07-07 Henrob Limited Improvements in or relating to self-piercing riveting
DE19735898A1 (en) * 1997-08-19 1999-02-25 Schenck Ag Carl Valve and shock absorber based on electrorheological fluids
DE19752367A1 (en) * 1997-11-26 1999-05-27 Emhart Inc Production method for producing punched rivet connection especially for car industry
DE19805519C1 (en) * 1998-02-11 1999-07-29 Fraunhofer Ges Forschung Overload safety for mechanical press

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993024258A1 (en) * 1992-06-04 1993-12-09 Ariel Industries Plc Fastener applicator with independent workpiece clamping and fastener driving
WO1994014554A1 (en) * 1992-12-19 1994-07-07 Henrob Limited Improvements in or relating to self-piercing riveting
DE19735898A1 (en) * 1997-08-19 1999-02-25 Schenck Ag Carl Valve and shock absorber based on electrorheological fluids
DE19752367A1 (en) * 1997-11-26 1999-05-27 Emhart Inc Production method for producing punched rivet connection especially for car industry
DE19805519C1 (en) * 1998-02-11 1999-07-29 Fraunhofer Ges Forschung Overload safety for mechanical press

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10332124B4 (en) * 2003-07-15 2005-08-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for joining plate-shaped components with variable joining technology
DE10332124A1 (en) * 2003-07-15 2005-02-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for rivet and clinch connections of e.g. overlapping steel sheets with size of bottom die aperture and cross section of die end face adjusted to form clinch connection, and control unit for rivet connection
WO2005049278A1 (en) * 2003-11-21 2005-06-02 Hainbuch Gmbh Spannende Technik Clamping jaws and clamping device for clamping workpieces
DE102004015568A1 (en) * 2004-03-30 2005-10-27 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Combined clinching and punch riveting tool for mechanical joining of at least two workpieces has punch lifting device through which punch lift is selectively adjustable between lift for clinching and lift for punch riveting
DE102004015568B4 (en) * 2004-03-30 2017-09-14 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Combined clinching punching riveting tool
DE102004058452A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Current detection device and method for producing such a current detection device
US7692526B2 (en) 2004-12-03 2010-04-06 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Inductive component and method for the manufacture of such a component
EP2170538B1 (en) * 2007-06-08 2012-08-15 EADS Deutschland GmbH Shaping method and especially magnetorheological lubricant and device for use in said method
WO2009122179A1 (en) * 2008-04-03 2009-10-08 The University Of Nottingham Engagement arrangement
CN102083590A (en) * 2008-04-03 2011-06-01 诺丁汉大学 Engagement arrangement
CN102022472A (en) * 2010-12-23 2011-04-20 上海应用技术学院 Rotary foam metal magnetorheological fluid damper
US9027220B2 (en) 2012-08-07 2015-05-12 Newfrey Llc Rivet setting machine
CN104703722A (en) * 2012-08-07 2015-06-10 纽弗雷公司 Rivet setting machine
WO2014025608A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Newfrey Llc Rivet setting machine
CN103758911A (en) * 2014-01-27 2014-04-30 安徽柳工起重机有限公司 Vehicle magneto-rheological oil gas suspension damping valve
CN103758911B (en) * 2014-01-27 2016-02-10 安徽柳工起重机有限公司 The magnetorheological hydro pneumatic suspension orifice valve of vehicle
WO2019038031A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Pressure pin of a press and press having pressure pin
US11479005B2 (en) 2017-08-22 2022-10-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Pressure pin of a press and press having pressure pin
CN108730399A (en) * 2018-06-20 2018-11-02 安徽工程大学 Vibration insulating system
CN108730399B (en) * 2018-06-20 2023-04-18 安徽工程大学 Vibration damping system
CN109307038A (en) * 2018-12-12 2019-02-05 上海大学 A kind of damper of the multilayer pole plate based on giant electro-rheological liquid shearing valve type
CN109954830A (en) * 2019-04-23 2019-07-02 沈阳航空航天大学 A kind of modular electromagnetic caulking gun

Also Published As

Publication number Publication date
DE10135488A1 (en) 2003-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1034055B1 (en) Process and device for joining by punching and riveting
EP2222524B1 (en) Pressure regulating valve
WO2003013759A1 (en) Method and device for producing a form-fit cold joining connection
DE102006003491B4 (en) magnetic valve
EP3215771B1 (en) Proportional valve, air-conditioner compressor arrangement, and operating method
DE112009005460B4 (en) ELECTROMAGNETIC LINEAR VALVE
CH709176B1 (en) Method and welding device for electrical resistance welding, comprising an electromagnet for generating and controlling the welding force.
WO2010085991A2 (en) Proportional pressure control valve
DE19700979A1 (en) magnetic valve
DE102009007118B4 (en) Pressure control valve
DE102005023547A1 (en) Electrically controllable valve
DE102006052629B4 (en) magnetic valve
WO2010084043A1 (en) Hydraulic drive device having two pressure chambers and method for operating a hydraulic drive device having two pressure chambers
DE102007042270A1 (en) Door closer for controlling movement of door leaf, has controlling device including pressurizing medium-spring-damper unit with piston unit that partially conveys pressurizing medium from chamber to another chamber
EP3426944B1 (en) Damping adjusting system with perpendicular seal ring
DE102010040631A1 (en) Normally closed solenoid valve
WO2009109369A1 (en) Electromagnetic actuating apparatus
WO2003060293A1 (en) Device for controlling a cross-section of an opening in the combustion cylinder of an internal combustion engine
EP3353408A2 (en) Electric actuator of a valve device
WO1997018568A1 (en) Lifting magnet arrangement
DE102013110885A1 (en) Valve
EP3615853B1 (en) Proportional spool valve for adjusting the displaced volume of a displacement pump, assembly method and system
EP1524462B1 (en) Pressure balanced electromagnetic valve
DE19846543A1 (en) Actuator for adjustable electromagnetic valve includes control structure in two sections linked axially together
DE112022001216T5 (en) Solenoid, damping force adjustment mechanism and shock absorber with adjustable damping force

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP