WO2018078006A1 - Vorrichtung zum setzen eines fuegeelements oder zum durchsetzfuegen - Google Patents

Vorrichtung zum setzen eines fuegeelements oder zum durchsetzfuegen Download PDF

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WO2018078006A1
WO2018078006A1 PCT/EP2017/077421 EP2017077421W WO2018078006A1 WO 2018078006 A1 WO2018078006 A1 WO 2018078006A1 EP 2017077421 W EP2017077421 W EP 2017077421W WO 2018078006 A1 WO2018078006 A1 WO 2018078006A1
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WO
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die
base body
piece
unit
workpiece
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/077421
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Pfeiffer
Daniel MOOSMANN
Eberhard Dietzel
Original Assignee
Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg
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 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg filed Critical Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2018078006A1 publication Critical patent/WO2018078006A1/de

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Classifications

    • 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
    • B21J15/36—Rivet sets, i.e. tools for forming heads; Mandrels for expanding parts of hollow 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
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets

Definitions

  • the object of the present invention is to provide a device of the aforementioned type, which can be used advantageously for different joining tasks or joining methods.
  • the device should be variably and effectively designed for mechanically joining a plurality of workpiece layers, in particular with a high one
  • the dependent claims relate to advantageous variants of the invention.
  • the invention is based on a device for setting a joining element on a workpiece with a plurality of workpiece layers or for inserting a plurality of workpiece layers, comprising a stamp unit and an opposite one
  • Matrizenhow is arranged on a base body and comprises a projecting from the base body die piece, and wherein in the die piece an axially displaceable
  • Matrizenelement is present, with a pointing to the punch unit end face of the die unit in the mold
  • the stamp unit comprises a kraftbeierschlagbaren
  • Stamp which is axially reciprocable along a joining axis of the device, for example, hydro-pneumatic, hydraulic, pneumatic or electrically driven.
  • the die unit has an end face facing the stamp unit, which serves to abut or support a die-side workpiece layer of the plurality of workpiece layers.
  • the end face is in particular an end face of the die piece on a free longitudinal section of the
  • the die piece is fixed in position relative to the base body. For the management is also a parent
  • Control unit with a computer unit available, which communicates with other units of the setting device such.
  • Die piece extends out into the base body and in the
  • Base body is guided.
  • the matrix element is guided by means of its guide section in the base body.
  • Die element is exclusively guided axially movable in the base body.
  • the guide section may extend up to an end of the base body
  • the guide section of the die element can be divided into several sections each having a different diameter
  • the interaction of the base body and the die element is comparable to a linear motion unit such as a cylinder-piston unit with a cylinder and an im
  • the base body at least partially fulfills the cylinder function and the
  • Die element is comparable to the piston displaceable in the cylinder.
  • the die piece can be assigned to a cylinder cover in this regard.
  • Displacement position of the Matrizenelements can protrude through a front part of the Matrizenelements through an opening of the die piece, whereby the shape of the end face of the die unit is changeable.
  • the length of the guide section of the die element is preferably a multiple of the total axial displacement path of the die element which is possible in one displacement direction.
  • Guide section for example, in cooperation with or slidably adjacent to opposite portions of the base body such.
  • the leadership can z. B. include a linear guide with a Linear bearings such as a linear plain bearing.
  • the guide portion of the die element forms the moving part of the sliding bearing assembly relative to bearing or the opposite portions of the sliding bearing, which are associated with the base body.
  • Motion control of the die element is decoupled from the die piece. In the die element movement, a material-free distance between the die element and the die piece is maintained. Consequently, a necessary or existing in known arrangements on the die piece
  • the guide function for the movement of the die element is realized according to the invention alone in the base body.
  • the base body preferably has an outer side directed transversely to the joining axis with a recess or recess for arranging the die element.
  • the die piece according to the invention is mechanically relieved, since there are no bearing or guiding stresses by the guidance of the die element, which is advantageous in terms of the life of the die piece.
  • the base body is at a hydraulic movement of the
  • Matrizenelements hydraulically sealed or sealed against the component of the jig, on which the base body is detachably but firmly received as in particular an end portion of a C-bracket of a setting or riveting tool.
  • the die piece is inserted into the base body.
  • the die piece can be
  • the die piece preferably forms the shape of an outer tool sleeve of the die unit.
  • the tool sleeve comprises a free end face of the joining tool.
  • the die piece is provided with one in the base body
  • Section as a movement stop for the die element the die piece has a part which protrudes to an outer side of the base body, the outer side reaching towards the die piece.
  • the die piece is in its basic form preferably hollow or sleeve-shaped in particular at both longitudinal ends open with a through opening.
  • the die piece in the joining direction or in the direction of movement of the die element on an elongated outer shape, preferably with an outer shape with preferably exactly one essential paragraph or a
  • the essential step or the diameter jump separates a diameter-smaller free longitudinal section of the die piece, which projects to the outside of the base body, from a longitudinal section facing away from the stamp unit or inner longitudinal section with a larger one Outer diameter which is accommodated in or on the base body.
  • the inner longitudinal section is countersunk in a recessed area of the base body which is designed to be coordinated therewith or preferably screwed into it.
  • One of the punch unit facing, for example, annular end side of the inner longitudinal portion preferably includes flush or almost flush to a base body outside.
  • relevant base body outside is directed to the stamp unit, preferably aligned parallel to the
  • a projection of the die piece on the base body is determined by the length of the free front longitudinal portion of the die piece.
  • Longitudinal direction of the die piece is made without a guide contact between the head portion of the die element and the die piece.
  • the head portion of the die element extends into the die piece at least over part of the length of the head portion.
  • the drive of the Matrizenelements is preferably
  • a maximum possible displacement of the die element in the direction of the punch unit is preferably limited by a mechanical stop.
  • the mechanical stop may be formed on the die piece and / or on the base body.
  • Die member has a larger dimension than the part of the die piece, which protrudes from the base body.
  • the main axis is in particular the longitudinal axis of the
  • the dimension is especially one
  • the die element guide can be made possible over larger guide surfaces and thus improved.
  • the formation of the die piece can be flexible and space-saving, since the die piece does not have to perform any leadership tasks to guide the die element.
  • the die piece may be comparatively stable and / or slender in shape, which is advantageous.
  • At least one relevant to the motion guide portion is formed with a larger outer diameter, compared with the outer diameter of the protruding from the base body of the die piece.
  • the outer diameter of the die piece is to be understood as meaning an outer diameter that is decisive over the substantial length.
  • the die piece preferably has in addition to
  • the further longitudinal section for example, a
  • the further longitudinal section of the die piece is screwed, for example, in a recess of the base body.
  • the further longitudinal section is preferably with a
  • Outer diameter of the guide portion of the die element is located.
  • the die element is divided into
  • the die element has, for example, a central longitudinal section or middle section, viewed over its length, which forms the guide section. In the direction of the die piece adjoins the central portion of an extending into the die piece front head portion of the die element, which no
  • the end section can
  • the end portion preferably has a smaller one
  • the outer diameter of the rear end portion and the head portion are preferably
  • the motion guide of the die element is preferably carried out as a slide bearing guide with abutting flat guide surfaces of the slide bearing guide.
  • the slide bearing guide comprises the guide section on the die element and a counter guide section on the base body.
  • Wall sections of a recess in the base body, in which the Matrizenelement is received is spaced radially from one another over a comparatively small distance
  • the die element comprises a stamping ring.
  • the stamping ring forms at least a front free end of the template element.
  • the support side forms the end face of the die piece, on which a portion of the underside of the lowest workpiece layer of the plurality of workpiece layers rests or is supported at the beginning of the setting process.
  • the jointly with the die element axially displaceable embossing ring can survive on the support side of the die piece, the die piece bearing side has a precisely matched to the embossing ring designed
  • the through hole allows axial displacement of the front part of the stamping ring through the through hole, so that in the outward and
  • the stamping ring may be integrally formed with the stamping ring
  • the embossing ring is preferably formed to a main body of the die element, which comprises the guide portion, as a separate component, which at a front end of the main body of
  • the front end of the stamping ring preferably has one
  • the z. B. protrudes into a recess in the main body of the die element, which is compact construction.
  • the separately designed embossing ring is preferably designed as a front open hollow element, for example, as a continuous hollow tubular or tubular body.
  • the embossing ring with a hollow channel in the joining direction allows at a feasible with the jig punching of the workpiece layers a But zenab Insert a punching formed, wherein the punching through a discharge channel in the die element
  • stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping ring forms a separate component, it is advantageous that a substantial longitudinal section of the stamping
  • Main body of the die element is fixed engaging.
  • the die element main body comprises the guide section and is controlled or predeterminable driven displaceable relative to the base body, preferably hydraulically.
  • a fixing sleeve is preferably provided.
  • the fixing sleeve may, for example, be fixed to the stamping ring component at a longitudinal position and be screwed with a threaded portion on a thread of the matrix element base body in order to fasten the stamping ring component to the matrix element base body.
  • Die piece, Matrizenelement basic body and stamping ring or other elements can be carried out assembly and disassembly of the die assembly in the base body, for example from the side of the stamp unit.
  • the Matrizenelement basic body When mounting the die unit, for example, the Matrizenelement basic body can be connected to the stamping ring and introduced into the base body. Thereafter, the die piece can be placed on the front side on the die element and fixed to the base body, for example, by screwing. The assembled die piece forms a movement limit for the axially displaceable die element on the base body in a forward displacement direction of the die element.
  • spring means are also provided between the die element and the die piece for the return of the die element pushed forward.
  • assembled base body can be attached to the jig on a corresponding receptacle z. B. are screwed.
  • Die element are removed from the setting device to disassemble the ferrule. Only stamping unit side, the die piece must be removed to then solve the stamping ring with the help of the fixing sleeve from the now accessible Matrizenelement basic body and replace it with another stamping ring can. Finally, the die piece is attached to the base again.
  • Example on the die element acting hydraulic assembly does not need to be opened, which hydraulic fluid remains tight in the closed hydraulic system, which is also advantageous.
  • the die element comprises a movable die base which adjoins the die piece. This is an active or by means of
  • the matrix bottom forms a section in the region of the front side of the die unit or of the die piece.
  • the die bottom is in particular enclosed by the annular end face of the die piece, which is present around an opening in the die piece.
  • the matrix bottom forms an inwardly offset bottom of the
  • Matrix element As a rule, the matrix bottom is like that
  • the die bottom is slightly offset inwards to the front side of the die piece. There is a narrow air gap between the edge of the die bottom and the edge of the opening in the face of the die piece.
  • the matrix bottom element attached to the displaceable matrix element main body, the matrix bottom can be moved relative to the end face of the matrix unit
  • the method of Matrizenteils takes place in accordance with the displacement movement of the Matrizenelements.
  • the die base is aligned in particular parallel to the end face of the die unit, wherein depending on the displacement position of the die element, the die base is flush or preferably recessed to surrounding portions of the end face. Formed in a retracted position of the Matrizenelements the Matrizenteil a base of an end face inwardly offset or recessed area. At a maximum shifted in the direction of the punch unit position of the
  • the die bottom is preferably flush with the surrounding portions of the front side of the die unit.
  • Matrizenelement basic body designed such that either the stamping ring or the Matrizenboden element or possibly other other replacement parts are attached to the matrix base body.
  • the setting device can thus universal or variable by the choice of the respective variant of the matrix unit
  • At least the base body and the matrix element base body are identical in all variants, so that they do not have to be replaced.
  • a kit for a die unit can be provided, with the few desired components of a respective desired variant of the die unit
  • Rivet locking is performed.
  • punched rivet elements are used.
  • the punching and riveting element must be sufficiently stable to be able to punch through the relevant materials without me deforming the punch rivet prior to punching through.
  • a punch rivet must be used which is highly stable or does not deform when the punch rivet is set. It is disadvantageous that the by
  • An advantageous solution provides for using a stable, non-deforming punch rivet which can be processed with the device according to the invention designed in a coordinated manner such that the fiber problem does not arise.
  • a semi-hollow hollow bottom open rivet is used, which does not deform even when setting.
  • no punching is generated due to the proposed setting device, which also produces no free fibers.
  • the punched fibers remain caught in the hollow shaft of the hollow punch rivet.
  • the hollow punch rivet of material of the lowest or matrizentician-side workpiece position is closed down and anchored therein.
  • material of the lowermost workpiece layer is deformed into a recess on the outside of the hollow punch rivet, which can be realized with the stamping ring, which presses on the die side against the lowermost workpiece layer and deforms it, ie impresses on the underside of the workpiece layers performs.
  • the complete punching of the workpiece layers must accordingly be avoided. Therefore, at least the lowest workpiece position at
  • the matching hollow punch rivet to be processed has a bottom-side blind hole-like opening with a cutting edge in order to punch through at least one upper workpiece position.
  • On the outside of a shank of the hollow punch rivet at least one depression is preferably present, into which material of the workpiece layers are deformed at the end of the joining process by means of the axially projecting embossing ring can, with which the anchoring of the hollow punch rivet in the
  • the matrizentician-side lowest material layer is supported so that a punching of the lowermost workpiece position is reliably prevented at the end of the joining process.
  • the length of the hollow punch rivet is tuned to the thickness of the workpiece layers or the length of the shaft is shorter than the total thickness of all workpiece layers together.
  • the blind hole-like opening of the hollow punch rivet is filled during setting of the hollow punch rivet of material of the punched workpiece layers and from the bottom workpiece position below
  • the locking element forms z. B. in a central channel of the stamping ring to the end face of the
  • the described procedure is particularly advantageous when a continuously closed
  • the lowest workpiece position can be due to the
  • Locking element not be punched and forms at the end of the joining process underneath intact or
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the die element on a pointing into the interior of the base body outside of the die piece on
  • Matrizen lake is resiliently mounted.
  • a plurality of spring packs are provided which are for fixing position z. B. in a blind hole on a front of the
  • the die piece and the die element are matched to one another such that the die element has a gap in the radial direction to the die piece.
  • the gap is also in the direction of
  • the gap is circumferential and axial
  • the die element in the interior of the base body has an effective surface for applying a hydraulic pressure to the die element.
  • An approaching to the effective surface hydraulic space is hydraulically tight to the outside.
  • the active surface is formed, for example, on a shoulder with a diameter jump on the outside of the die element.
  • Active surface preferably comprises a transverse to
  • a hydraulic line for bringing a hydraulic fluid is sufficient to apply the hydraulic pressure to the die element or to take away therefrom.
  • the active surface forms a wall of the hydraulic space whose volume changes with the displacement of the die element.
  • the hydraulic space is enclosed by the active surface and further walls, in particular on the fixed base body. Between the axially movable die element and the fixed base body are provided hydraulic sealing means for hydraulically sealing the hydraulic space to the outside.
  • the active surface is designed as a stop during a return stroke of the die element.
  • the active surface is preferably at a fixed
  • Die element causes the die element to perform the return stroke. Hydraulic fluid in the hydraulic chamber is displaced from the hydraulic chamber via the leading hydraulic line back.
  • the die piece is formed integrally with the base body. This is a structurally advantageous embodiment. It can the
  • the die element may be remote from a side of the die facing away from the stamp unit
  • Base body are introduced into a receiving recess in the base body.
  • the base body as a structural unit
  • a part of a drive arrangement for driving the die element adjoins the attached base body, such as a hydraulic line and optionally a line for discharging a stamped blank punched out of the workpiece layers during a punching operation with the setting device.
  • FIG. 1 shows a part of a device according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 enlarges the area A shown in FIG.
  • Figure 3 shows a further arrangement according to the invention in one
  • FIG. 4 shows a sectional view through a rivet connection of several, created with the arrangement according to FIG.
  • FIG. 1 shows a partial region of a device according to the invention
  • Setting device 1 may be joining elements or functional elements such.
  • B. rivets such as punch rivets, semi-hollow punch rivets,
  • the setting device 1 may be spatially movable, for example, attached to a movable robot arm or as
  • the setting device 1 has a stamp unit 2 and an opposite die unit 3.
  • the stamp unit 2 and the die unit 3 are provided on a U- or C-shaped bracket or a C-bracket 6.
  • the examples are two
  • Setting device 1 comprise a drive unit 4a for the punch unit 2 for driving one axially along a
  • a drive unit 4a and 4b is preferably a hydropneumatic drive with pressure boost or a hydraulic drive or
  • the bordered area A in FIG. 1 with the die unit 3 is in each of FIGS. 3 and 5 in a different one
  • the die units 3, 36, 44 are shown in FIGS.
  • the respective die unit variants can be mounted on a base body 7 that is the same for all variants, so that the respective base body 7 can be attached to a fitting side 26 on a matching die-side leg 6a of the C-bracket 6 of the setting device 1 with a mounting side 26.
  • the respective base body 7 can be attached to a fitting side 26 on a matching die-side leg 6a of the C-bracket 6 of the setting device 1 with a mounting side 26.
  • the matrix unit 3 comprises as essential Components the base body 7, a die piece 8, a die element 9, a stamping ring, which is referred to as stamping insert 10, a fixing sleeve 11, a tuning element 14, a Butzenbrecherefficiency 19, spring assemblies 12, 13,
  • the die piece 8 is provided with an outer threaded portion 8a in a recess 33 passing through the base body 7 (see FIG. 3) with a matching inner threaded portion in the base body 7
  • an outlet channel 22 which is open to the die unit 3 or to the die breaker disk 19 is provided in the region of the leg 6a adjacent to the die unit 3 for discharging a punching operation with the setting device 1 the workpiece W punched out
  • the discharge channel 22 opens into a container 23 for receiving a plurality of punched slugs.
  • an active or controllable die is provided, for example for applying or for producing a counterforce on the workpiece W, which is directed against the force acting on the punch side on the workpiece.
  • the drive unit 4b preferably comprises a fluid system or a hydraulic system, wherein a pressure of the fluid system on the die unit 3 can be transmitted via an unillustrated pressure line or high-pressure line.
  • a hydraulic pressure P which can be provided with the drive unit 4b, acts in FIG. 2 indicated by the arrows P.
  • the hydraulic pressure P acts on an active surface 28, the rear of the die element 9 at a paragraph-like diameter jump of the
  • Matrizenelements 9 is circumferentially or annularly present. This is a supernatant of the end of the stamping insert 10 to the front page 5 can be specified.
  • Return stroke position of the die unit serves the effective surface 28 for limiting the return stroke movement as a stop surface which abuts against a counter surface 29 on the base body 7.
  • the force for the return stroke or return movement of the die element 9 is realized with the aid of the spring assemblies 12 and 13, which comes into play when the hydraulic pressure P on the
  • FIG. 2 shows the return stroke position of the die unit 3 when the effective surface 28 is present on the mating surface 29
  • annular flat end of the stamping ring insert 10 protrudes into an opening 30 in the end face 5 of the die piece 8, wherein the front end of the stamping ring insert 10 does not protrude or is preferably flush with the radially adjacent flat end face 5 of the die piece 8.
  • the front end of the stamping insert 10 With the driven forward movement of the die element 9, the front end of the stamping insert 10 is moved through the opening 30 during the setting process of a joining element, so that the front end of the stamping insert 10 protrudes or protrudes relative to the end face 5 of the die piece 8. It acts on the other side of the workpiece W is a punch unit-side force by means of the punch and the blank holder 25.
  • Stamping ring insert 10 thereby forms a lower-side impression in the material of the workpiece position WL2, whereby a
  • the die element 9 has a guide section 31, wherein the guide section through sections of the
  • a slide bearing assembly is realized, which has an inner wall portion 32 in
  • the guide section 31 and the wall section 32 each have smooth surfaces which are in contact with one another with a comparatively very small clearance or virtually gap-free and permit a guided sliding movement of the die element 9 in the base body 7.
  • the maximum possible axial displacement path a of the matrix element 9 is shown in FIG. In the direction of Rl, the displacement path a of the die element 9 is limited by abutment of an axial annular surface 34 on a rear end face of the die piece 8.
  • the guide portion 31 and the wall portion 32 may have, for example, a generally cylindrical outer or inner shape. In the outer cylindrical basic shape of the guide portion 31 are
  • sealing means or, for example, circumferentially continuous grooves for accommodating the formed as a ring seals seals 15 and 16 available.
  • recesses for sealing means in the wall portion 32 for the annular seals 17 and 18 are configured.
  • Stamping insert 10 is radially to the joining axis S a
  • annular gap RS or air gap with a gap width e.g. in the range of a fraction of a
  • the air gap is present over the entire length of the die piece 8, between an edge of the Opening 30 in the hollow die piece 8 and the upper slender part of the stamping insert 10 and between the fixing sleeve 11 and the upper portion 9a of the die element 9 and the inner wall of the hollow die piece 8.
  • the fixing sleeve 11 and the recuperingprin 10 do not assume leadership function for the axial movement of the movement Die element 9.
  • the die unit 3 according to FIG. 2 is advantageously usable for the solid punch riveting with a solid punch rivet (not shown).
  • the solid punch riveted by the punch moving in the direction R2 is punched through the non-pre-punched workpiece layers WL1 and WL2, and the punched slug punched out is pressed into a slug channel 35 in the die unit 3.
  • the stamping insert is then projected over the end face 5 in advance, so that deformed material of the workpiece W is plastically in an outer recess in the solid rivet
  • AbStimmelement 14 is in particular a maximum projection of the front end of the recupering devises 10 to the end face 5 with axially in the direction Rl maximally advanced die element 9 or a flush or an inward or downward
  • Die unit 36 according to Figure 3 is for a setting device designed for punch riveting, with the example, a self-locking hollow punch rivet or Reservoirniet 37 is set or stamped and anchored in a workpiece 39 with three workpiece layers 39a, 39b and 39c (see Fig. 4).
  • the die unit 36 is different from the
  • Base body 7 positionally fit within the Butzenkanals 35 in the die element 9 and the stamping insert 10 is present.
  • the counterpart 38 almost fills the Butzenkanal 35
  • a front preferably flat face 38a of the counterpart 38 is accordingly in the retracted state of the die element 9 inwardly offset from the front annular end face of the
  • Face 38 a of the counterpart 38 acts as a rigid abutment surface, the bottom against the bottom of the lower
  • the die unit 44 shown in Figure 5 differs from the die unit 3 in that instead of the
  • the die unit 44 can be advantageously used for a jig, which is used for semi-hollow punching riveting or for setting semi-hollow punch rivets in a multi-layer workpiece as well as for clinch riveting and for clinching multi-layered workpieces.
  • a die base which can be moved axially relative to the joining axis S is provided, which is positioned recessed parallel to the end face 5 of the die piece 8 when the die element 9 according to FIG.
  • the anchoring or the deformation of the Halbhohlstanzniets in the workpiece can be advantageously realized depending on the movement or position of the Matrizenboden element 45 relative to
  • the base body and the die piece may be in one piece.
  • Such a basic component of the matrix unit can be designed such that an assembly of the existing thereon other components such as the die element from a side opposite the die piece or back side takes place.
  • the die element then has, for example via the guide portion to the rear end on a constant outer diameter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Setzen eines Fügeelements (37) an einem Werkstück (39) oder zum Durchsetzfügen von mehreren Werkstücklagen vorgeschlagen, umfassend eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende Matrizeneinheit (3, 36, 44), zwischen welchen die mit der Vorrichtung zu bearbeitenden Werkstücklagen einklemmbar sind, wobei die Matrizeneinheit an einem Basiskörper (7) angeordnet ist, und ein aus dem Basiskörper vorstehendes Matrizenstück (8) umfasst, und wobei im Matrizenstück ein axial verschiebliches Matrizenelement (9) vorhanden ist, mit dem eine zur Stempeleinheit zeigende Stirnseite (5) der Matrizeneinheit in der Form veränderlich ist. Erfindungsgemäß erstreckt sich das Matrizenelement mit einem Führungsabschnitt (31) über das Matrizenstück hinaus in den Basiskörper, wobei das Matrizenelement ausschließlich im Basiskörper axial verschieblich bewegungsgeführt ist.

Description

"Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements oder zum Durchsetzfügen"
Stand der Technik
Vorrichtungen bzw. Werkzeuge zum mechanischen Fügen von mehreren Werkstücklagen bzw. von übereinander angeordneten Fügepartnern insbesondere zum Halbhohlstanznieten,
Vollstanznieten, Clinchen, Clinchnieten oder Setzen von
Funktionselementen müssen in der Regel auf komplexe bzw.
unterschiedliche Anforderungsprofile abgestimmt sein.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art bereitzustellen, welche für unterschiedliche Fügeaufgaben bzw. Fügeverfahren vorteilhaft einsetzbar ist. Insbesondere soll die Vorrichtung variabel und effektiv zum mechanischen Fügen von mehreren Werkstücklagen ausgebildet sein, insbesondere mit einer hohen
Prozesssicherheit für exakt definiert vorgegebene
Arbeitsschritte beim jeweiligen Fügevorgang. Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Varianten der Erfindung . Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements an einem Werkstück mit mehreren Werkstücklagen oder zum Durchsetzfügen von mehreren Werkstücklagen, umfassend eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende
Matrizeneinheit, zwischen welchen die mit der Vorrichtung zu bearbeitenden Werkstücklagen einklemmbar sind, wobei die
Matrizeneinheit an einem Basiskörper angeordnet ist und ein aus dem Basiskörper vorstehendes Matrizenstück umfasst, und wobei im Matrizenstück ein axial verschiebliches
Matrizenelement vorhanden ist, mit dem eine zur Stempeleinheit zeigende Stirnseite der Matrizeneinheit in der Form
veränderlich ist.
Die Stempeleinheit umfasst einen kraftbeaufschlagbaren
Stempel, der entlang einer Fügeachse der Vorrichtung axial hin- und herbewegbar ist, zum Beispiel hydro-pneumatisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben. Die Matrizeneinheit weist eine der Stempeleinheit zugewandte Stirnseite auf, welche zur Anlage bzw. zur Abstützung einer matrizenseitigen Werkstücklage der mehreren Werkstücklagen dient. Die Stirnseite ist insbesondere eine Stirnseite des Matrizenstücks an einem freien Längsabschnitt des
Matrizenstücks. Das Matrizenstück ist relativ zum Basiskörper positionsfest . Zur Betriebsführung ist außerdem eine übergeordnete
Kontrolleinheit mit einer Rechnereinheit vorhanden, welche mit weiteren Einheiten der Setzvorrichtung kommuniziert wie z. B. Sensormitteln zur Betriebsführung der Setzvorrichtung, insbesondere den Antrieb der Matrizeneinheit und den Antrieb der Stempeleinheit kontrolliert und die Bearbeitungsschritte vorgibt . Der Kern der Erfindung liegt darin, dass sich das
Matrizenelement mit einem Führungsabschnitt über das
Matrizenstück hinaus in den Basiskörper erstreckt und im
Basiskörper geführt ist. Das Matrizenelement ist mittels seinem Führungsabschnitt im Basiskörper geführt. Das
Matrizenelement ist ausschließlich im Basiskörper axial verschieblich bewegungsgeführt . Der Führungsabschnitt kann sich bis zu einem im Basiskörper vorhandenen Ende des
Matrizenstücks erstrecken oder z. B. über einen
Zwischenabschnitt versetzt zum Ende des Matrizenstücks bzw. weiter innen im Basiskörper vorhanden sein. Gegebenenfalls kann sich der Führungsabschnitt des Matrizenelements in mehrere Teilabschnitte mit jeweils anderem Durchmesser
unterteilen .
Das Zusammenwirken des Basiskörpers und des Matrizenelements ist vergleichbar mit einer Linearbewegungs-Einheit wie eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Zylinder und einem im
Zylinder reversibel bewegungsgeführten Kolben. Der Basiskörper erfüllt zumindest teilweise die Zylinderfunktion und das
Matrizenelement ist mit dem im Zylinder verschieblichen Kolben vergleichbar. Das Matrizenstück kann bei dieser Betrachtung einem Zylinderdeckel zugeordnet werden. Abhängig von der
Verschiebestellung des Matrizenelements kann ein vorderer Teil des Matrizenelements durch eine Öffnung des Matrizenstücks durchragen, womit die Form der Stirnseite der Matrizeneinheit veränderbar ist.
In Verschieberichtung des Matrizenelements beträgt die Länge des Führungsabschnitts des Matrizenelements vorzugsweise ein Mehrfaches des gesamten in eine Verschieberichtung möglichen axialen Verschiebweges des Matrizenelements.
Die Führung des Matrizenelements erfolgt mittels des
Führungsabschnitts zum Beispiel im Zusammenwirken mit bzw. gleitend anliegend an Gegenabschnitten des Basiskörpers wie z. B. Wandungsabschnitten einer Ausnehmung im Basiskörper. Die Führung kann z. B. eine Linearführung umfassen mit einem Linearlager wie beispielsweise einem Linear-Gleitlager . Der Führungsabschnitt des Matrizenelements bildet dabei den sich bewegenden Teil der Gleitlageranordnung relativ zu Lager- bzw. den Gegenabschnitten des Gleitlagers, die dem Basiskörper zugehörig sind.
Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass die
Bewegungsführung des Matrizenelements vom Matrizenstück entkoppelt ist. Bei der Matrizenelement-Bewegung bleibt ein materialfreier Abstand zwischen dem Matrizenelement und dem Matrizenstück erhalten. Folglich kann am Matrizenstück eine bei bekannten Anordnungen notwendige bzw. vorhandene
Bewegungs-Führungsfunktion für die Linearbewegung des
Matrizenelements entfallen. Dies ist angesichts des im Betrieb vergleichsweise hoch belasteten und funktionell komplex gestalteten Matrizenstücks vorteilhaft. Die Führungsfunktion für die Bewegung des Matrizenelements wird erfindungsgemäß allein im Basiskörper realisiert. Der Basiskörper weist vorzugsweise eine quer zur Fügeachse gerichtete Außenseite mit einer Ausnehmung bzw. Vertiefung zur Anordnung des Matrizenelements auf.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch vorteilhaft im
Hinblick auf beim Matrizenstück regelmäßig auftretende
Szenarien wie eine Beschädigung, ein Verschleiß und/oder eine Typen-Umstellung. Denn dann ist regelmäßig ein Austausch des vorhandenen Matrizenstücks gegen ein neuwertiges oder anders gestaltetes Matrizenstück erforderlich, bei ansonsten
unverändertem Werkzeug. Das erfindungsgemäße Matrizenstück ohne Führungsfunktionalität kann demgemäß einfacher
hergestellt und damit wirtschaftlicher bereitgestellt werden, was insbesondere bei einem Verschleiß- bzw. Austauschteil vorteilhaft ist.
Außerdem wird das erfindungsgemäße Matrizenstück mechanisch entlastet, da es keine Lager- bzw. Führungsbeanspruchungen durch die Führung des Matrizenelements, was hinsichtlich der Lebensdauer des Matrizenstücks von Vorteil ist.
Der Basiskörper ist bei einer hydraulischen Bewegung des
Matrizenelements hydraulisch dicht bzw. gedichtet gegenüber dem Bauteil der Setzvorrichtung, an dem der Basiskörper lösbar aber fest aufgenommen ist wie insbesondere ein Endabschnitt eines C-Bügels eines Setz- bzw. Nietwerkzeugs.
Es ist außerdem vorteilhaft, dass das Matrizenstück in den Basiskörper eingesetzt ist. Das Matrizenstück kann
beispielsweise fest aber lösbar im Basiskörper eingebracht sein, beispielsweise eingeschraubt sein oder eingerastet sein. Das Matrizenstück bildet vorzugsweise die Form einer äußeren Werkzeughülse der Matrizeneinheit. Insbesondere umfasst die Werkzeughülse eine freie Stirnseite des Fügewerkzeugs. Das Matrizenstück dient mit einem im Basiskörper vorhanden
Abschnitt als Bewegungs-Anschlag für das Matrizenelement. Das Matrizenstück weist insbesondere einen vorstehend zu einer Außenseite des Basiskörpers vorhandenen Teil auf, wobei die Außenseite an das Matrizenstück heranreicht.
Das Matrizenstück ist in seiner Grundform vorzugsweise hohl bzw. hülsenförmig insbesondere an beiden Längsenden offen mit einer durchgehenden Öffnung. Bevorzugt weist das Matrizenstück in Fügerichtung bzw. in Bewegungsrichtung des Matrizenelements eine längliche Außenform auf, vorzugsweise mit einer Außenform mit bevorzugt genau einem wesentlichen Absatz bzw. einem
Durchmessersprung im Bereich einer Außenseite des
Basiskörpers. Der wesentliche Absatz ist durch einen
vergleichsweise großen Außendurchmesser-Unterschied zwischen zwei das Matrizenstück bildenden Längsabschnitten realisiert.
Bei einem vorteilhaften Matrizenstück trennt der wesentliche Absatz bzw. der Durchmessersprung einen durchmessergeringeren freien Längsabschnitt des Matrizenstücks, der zur Außenseite des Basiskörpers vorsteht, von einem der Stempeleinheit abgewandten bzw. inneren Längsabschnitt mit einem größeren Außendurchmesser, der im bzw. am Basiskörper aufgenommen ist. Der innere Längsabschnitt ist in einem darauf abgestimmt ausgebildeten vertieften Bereich des Basiskörpers versenkt bzw. darin befestigt vorzugsweise eingeschraubt. Eine der Stempeleinheit zugewandte zum Beispiel ringförmige Stirnseite des inneren Längsabschnitts schließt vorzugsweise bündig oder nahezu bündig an eine Basiskörper-Außenseite an. Die
betreffende Basiskörper-Außenseite ist zur Stempeleinheit gerichtet, vorzugsweise parallel ausgerichtet zur
Matrizenstück-Stirnseite am freien Ende des Matrizenstücks.
Ein Überstand des Matrizenstücks am Basiskörper ist durch die Länge des freien vorderen Längsabschnitts des Matrizenstücks bestimmt .
Aufgrund der Hohl- bzw. Hülsenform des Matrizenstücks reicht ein Kopf-Abschnitt des Matrizenelements in das hohle
Matrizenstück hinein. Dabei ist eine Außenseite des Kopf- Abschnitts beabstandet zur Innenseite des Matrizenstücks, so dass die axiale Verschiebbarkeit des Matrizenelements in
Längsrichtung des Matrizenstücks ohne einen Führungskontakt zwischen dem Kopf-Abschnitt des Matrizenelements und dem Matrizenstück erfolgt. Vorzugsweise reicht in sämtlichen möglichen Verschiebepositionen des Matrizenelements der Kopf- Abschnitt des Matrizenelements zumindest über einen Teil der Länge des Kopf-Abschnitts in das Matrizenstück hinein.
Insbesondere auch in einer maximal weit von der freien
Stirnseite des Matrizenstücks beabstandeten bzw.
zurückbewegten Verschiebeposition des Matrizenelements reicht ein vorderes Ende des Kopf-Abschnitts in das Matrizenstück hinein .
Der Antrieb des Matrizenelements erfolgt vorzugsweise
hydraulisch. Auch eine andere Antriebsart ist denkbar, zum Beispiel ein hydro-pneumatischer , pneumatischer oder
elektrischer Antrieb. Ein maximal möglicher Verschiebeweg des Matrizenelements in Richtung zur Stempeleinheit hin ist vorzugsweise durch einen mechanischen Anschlag begrenzt. Der mechanische Anschlag kann am Matrizenstück und/oder an dem Basiskörper ausgebildet sein.
Es ist überdies vorteilhaft, dass der Führungsabschnitt des Matrizenelements senkrecht zu einer Hauptachse des
Matrizenelements eine größere Dimension besitzt als der Teil des Matrizenstücks, der aus dem Basiskörper vorsteht. Die Hauptachse ist insbesondere die Längsachse des
Matrizenelements. Die Dimension ist insbesondere eine
Außenabmessung bzw. ein Außendurchmesser.
Mit der Vergrößerung des Durchmessers des Führungsabschnitts kann die Matrizenelement-Führung über größere Führungsflächen und damit verbessert ermöglicht werden. Darüber hinaus kann die Ausbildung des Matrizenstücks flexibel und platzsparend erfolgen, da das Matrizenstück keine Führungsaufgaben zur Führung des Matrizenelements erfüllen muss. Zum Beispiel kann das Matrizenstück vergleichsweise stabil und/oder in schlanker Form ausgebildet sein, was vorteilhaft ist.
Falls der Führungsabschnitt des Matrizenelements mehrere
Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, ist zumindest ein zur Bewegungsführung maßgeblicher Abschnitt, mit einem größeren Außendurchmesser ausgebildet, verglichen mit dem Außendurchmesser des aus dem Basiskörper vorstehenden Teils des Matrizenstücks. Dabei ist unter dem Außendurchmesser des Matrizenstücks ein über die wesentliche Länge maßgeblicher Außendurchmesser zu verstehen.
Das Matrizenstück weist vorzugsweise zusätzlich zum
überstehenden Teil einen weiteren Längsabschnitt auf, der insbesondere zur Befestigung am Basiskörper dient. Hierfür kann der weitere Längsabschnitt zum Beispiel ein
Außengewindeabschnitt aufweisen, um das Matrizenstück in den Basiskörper einschrauben zu können, wobei am Basiskörper ein entsprechendes Gegengewinde vorhanden ist. Der weitere Längsabschnitt des Matrizenstücks ist zum Beispiel in einer Vertiefung des Basiskörpers eingeschraubt. Der weitere Längsabschnitt ist bevorzugt mit einem
Außendurchmesser versehen, der in der Größenordnung des
Außendurchmessers des Führungsabschnitts des Matrizenelements liegt .
Vorzugsweise unterteilt sich das Matrizenelement in
Längsrichtung betrachtet in mehrere vorzugsweise drei
Längsabschnitte. Das Matrizenelement weist zum Beispiel einen über dessen Länge betrachtet mittleren Längsabschnitt bzw. Mittel-Abschnitt auf, welcher den Führungsabschnitt bildet. In Richtung zum Matrizenstück schließt sich an den Mittel- Abschnitt ein in das Matrizenstück hineinreichender vorderer Kopf-Abschnitt des Matrizenelements an, der keine
Führungsaufgabe zur Führung des Matrizenelements übernimmt. An der rückwärtigen Seite des Mittel-Abschnitts bzw.
gegenüberliegend zum Kopf-Abschnitt ist ein End-Abschnitt des Matrizenstücks vorhanden. Der End-Abschnitt kann
gegebenenfalls auch eine Führungsfunktion zur Bewegungsführung des Matrizenelements erfüllen. Der End-Abschnitt weist vorzugsweise einen geringeren
Außendurchmesser auf als der Mittel-Abschnitt des
Matrizenelements. Der Außendurchmesser des rückwärtigen End- Abschnitts und des Kopf-Abschnitts sind vorzugsweise
vergleichbar bzw. annähernd gleich.
Die Bewegungsführung des Matrizenelements erfolgt bevorzugt als Gleitlagerführung mit aneinander anliegenden flächigen Führungsflächen der Gleitlagerführung. Die Gleitlagerführung umfasst den Führungsabschnitt am Matrizenelement und einen Gegen-Führungsabschnitt am Basiskörper. Als Gegen-
Führungsabschnitt am Basiskörper dienen vorzugsweise
Wandabschnitte einer Ausnehmung im Basiskörper, in welcher das Matrizenelement aufgenommen ist. Der Kopf-Abschnitt des Matrizenelements, der gegebenenfalls ein Montageteil umfasst, ist in radialer Richtung über einen vergleichsweise geringen Abstand beabstandet zu einem
insbesondere unmittelbar gegenüberliegenden Innenabschnitt des Matrizenstücks. Insbesondere findet keine Führung zwischen dem Kopfabschnitt und dem Matrizenstück statt.
Insbesondere ist zwischen einer umfänglichen Außenseite des Kopf-Abschnitts des Matrizenelements und einem in radialer
Richtung beabstandeten gegenüberliegenden Innenabschnitt des Matrizenstücks der Abstand als ein umfänglicher Luftspalt über die gesamte Längserstreckung des Kopf-Abschnitts ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung umfasst das Matrizenelement einen Prägering. Der Prägering bildet zumindest ein vorderes freies Ende des Matrizenelements. Mit dem Prägering ist es möglich, die untere matrizeneinheit- seitige Werkstücklage plastisch zu verformen und darin eine vorgegebene Einprägung auszubilden. Hierfür ist das vordere Ende des Prägerings gemäß einer gewünschten Tiefe der
Einprägung so vorhanden, dass das vordere Ende des Prägerings vorsteht zu einer stirnseitigen Auflageseite des
Matrizenstücks. Die Auflageseite bildet bei zurückgeschobenem Prägering die Stirnseite des Matrizenstücks, auf welcher ein Abschnitt der Unterseite der untersten Werkstücklage der mehreren Werkstücklagen zu Beginn des Setzvorgangs aufliegt bzw. sich abstützt. Damit der gemeinsam mit dem Matrizenelement sich axial verschiebbare Prägering an der Auflageseite des Matrizenstücks überstehen kann, weist die Matrizenstück-Auflageseite ein exakt auf den Prägering abgestimmt ausgestaltete
Durchgangsöffnung auf. Die Durchgangsöffnung ermöglicht ein axiales Verschieben des vorderen Teils des Prägerings durch die Durchgangsöffnung, so dass bei der Hin- und
Herverschiebung des Matrizenelements der Prägering
berührungslos zum Rand der Durchgangsöffnung bewegbar ist. Ein Luftspalt zwischen dem Rand der Durchgangsöffnung und der Außenkontur des Prägerings ist minimal gehalten, damit
jegliche Reibung ausgeschlossen und eine Verschmutzung durch eindringende Partikel in den Luftspalt minimiert ist.
Der Prägering kann integral am bzw. einstückig mit dem
Matrizenelement ausgebildet sein. Der Prägering ist jedoch vorzugsweise zu einem Grundkörper des Matrizenelements, der den Führungsabschnitt umfasst, als separates Bauteil gebildet, das an einem vorderen Ende des Grundkörpers des
Matrizenelements insbes. lösbar anbringbar ist. Damit lässt sich der Prägering problemlos montieren bzw. demontieren bzw. austauschen . Der Prägering bzw. dessen vorderes an der Auflageseite maximal vorstehende Teilabschnitt bildet den aktiv an den
Werkstücklagen verformend wirksamen Teil der Matrizeneinheit. Das vordere Ende des Prägerings weist bevorzugt einen
geringeren Außendurchmesser auf, als ein Außendurchmesser eines innen anschließenden Längsabschnitts des Prägerings, der z. B. in eine Ausnehmung im Grundkörper des Matrizenelements hineinragt, was kompakt bauend ist.
Der separat gestaltete Prägering ist bevorzugt als vorne offenes Hohlelement ausgebildet zum Beispiel als durchgehend hohler hülsen- oder röhrenförmiger Körper. Der Prägering mit einem Hohlkanal in Fügerichtung ermöglicht bei einem mit der Setzvorrichtung durchführbaren Durchstanzen der Werkstücklagen eine But zenabführung eines gebildeten Stanzbutzens, wobei der Stanzbutzen durch einen Abführkanal im Matrizenelement
abgeführt werden kann.
Wenn der Prägering ein separates Bauteil bildet, ist es vorteilhaft, dass ein wesentlicher Längsabschnitt des
Prägerings in einem Hohlvolumen im vorderen Abschnitt des
Grundkörpers des Matrizenelements eingreifend fixiert ist. Der Matrizenelement-Grundkörper umfasst den Führungsabschnitt und ist kontrolliert bzw. vorgebbar angetrieben verschieblich relativ zum Basiskörper, vorzugsweise hydraulisch.
Zur Befestigung des Prägering-Bauteils am Grundkörper des Matrizenelements ist vorzugsweise eine Fixierhülse vorgesehen. Die Fixierhülse kann zum Beispiel am Prägering-Bauteil an einer Längsposition fixiert und mit einem Gewindeabschnitt an einem Gewinde des Matrizenelement-Grundkörpers festschraubbar sein, um das Prägering-Bauteil am Matrizenelement-Grundkörper zu befestigen.
Bei einer mehrteiligen Anordnung mit den separaten Elementen Basiskörper und der Matrizeneinheit mit den Elementen
Matrizenstück, Matrizenelement-Grundkörper und Prägering bzw. anderen Elementen kann ein Zusammenbau und eine Demontage der Matrizeneinheit im Basiskörper, zum Beispiel von der Seite der Stempeleinheit erfolgen.
Bei der Montage der Matrizeneinheit kann beispielsweise der Matrizenelement-Grundkörper mit dem Prägering verbunden werden und in den Basiskörper eingebracht werden. Danach kann das Matrizenstück stirnseitig am Matrizenelement aufgesetzt und am Basiskörper befestigt zum Beispiel eingeschraubt werden. Das montierte Matrizenstück bildet eine Bewegungsbegrenzung für das axial verschiebbare Matrizenelement am Basiskörper in eine Vorwärts-Verschiebrichtung des Matrizenelements. Bevorzugt sind außerdem Federmittel zwischen dem Matrizenelement und dem Matrizenstück für die Rückstellung des vorwärts geschobenen Matrizenelements vorhanden.
Der mit dem Matrizenelement und dem Matrizenstück
zusammengebaute Basiskörper kann an der Setzvorrichtung an einer entsprechenden Aufnahme befestigt z. B. angeschraubt werden .
Vorteilhafterweise muss weder der Basiskörper noch das
Matrizenelement von der Setz-Vorrichtung entfernt werden, um den Prägering zu demontieren bzw. auszutauschen. Lediglich stempeleinheit-seitig muss das Matrizenstück entfernt werden, um dann den Prägering mit Hilfe der Fixierhülse vom nun zugänglichen Matrizenelement-Grundkörper lösen und gegen einen anderen Prägering austauschen zu können. Abschließend wird das Matrizenstück am Grundkörper wieder angebracht. Eine zum
Beispiel auf das Matrizenelement wirkende Hydraulikanordnung muss nicht geöffnet werden, womit Hydraulikflüssigkeit dicht im geschlossenen Hydrauliksystem verbleibt, was ebenfalls vorteilhaft ist.
Auch ist es vorteilhaft, dass das Matrizenelement einen verfahrbaren Matrizenboden umfasst, der an das Matrizenstück angrenzt. Damit wird ein aktiver bzw. mittels der
Kontrolleinheit zum Betrieb der Setzvorrichtung ansteuerbarer Matrizenboden bereitgestellt. Der Matrizenboden bildet einen Abschnitt im Bereich der Stirnseite der Matrizeneinheit bzw. des Matrizenstücks. Der Matrizenboden ist insbesondere von der ringförmigen Stirnseite des Matrizenstücks umschlossen, welche um eine Öffnung im Matrizenstück vorhanden ist. Dabei bildet der Matrizenboden einen nach innen versetzten Boden der
Öffnung im Matrizenstück, bei zurückverschobenem
Matrizenelement. In der Regel ist der Matrizenboden so
abgestimmt, dass auch bei maximal vorgeschobenem
Matrizenelement der Matrizenboden etwas nach innen versetzt ist zur Stirnseite der Matrizenstücks. Zwischen dem Rand des Matrizenbodens und dem Rand der Öffnung in der Stirnseite des Matrizenstücks ein schmaler Luftspalt vorhanden ist.
Mit dem am verschieblichen Matrizenelement-Grundkörper angebrachten Matrizenboden-Element ist der Matrizenboden relativ zur Stirnseite der Matrizeneinheit verfahrbar
ausgebildet. Das Verfahren des Matrizenbodens erfolgt gemäß der Verschiebebewegung des Matrizenelements. Der Matrizenboden ist insbesondere parallel ausgerichtet zur Stirnseite der Matrizeneinheit, wobei abhängig von der Verschiebestellung des Matrizenelements der Matrizenboden bündig oder vorzugsweise vertieft zu umgebenden Abschnitten der Stirnseite ist. In einer zurückverschobenen Stellung des Matrizenelements bildet der Matrizenboden eine Grundfläche eines zur Stirnseite nach innen versetzten bzw. vertieften Bereichs. Bei einer maximal in Richtung der Stempeleinheit verschobenen Stellung des
Matrizenelements ist der Matrizenboden bevorzugt bündig zu den umgebenden Abschnitten der Stirnseite der Matrizeneinheit.
Vorteilhaft ist derselbe bzw. identisch ausgebildete
Matrizenelement-Grundkörper derart ausgebildet, dass entweder der Prägering oder das Matrizenboden-Element oder ggf. weitere andere Austauschteile am Matrizen-Grundkörper angebracht sind. Die Setzvorrichtung kann damit durch die Wahl der jeweiligen Variante der Matrizeneinheit universell bzw. variabel
verwendet werden. Vorteilhaft sind zumindest der Basiskörper und der Matrizenelement-Grundkörper bei allen Varianten identisch, so dass diese nicht ausgetauscht werden müssen.
Damit kann ein Bausatz für eine Matrizeneinheit bereitgestellt werden, mit dem aus wenigen verschiedenen Komponenten eine jeweilig gewünschte Variante der Matrizeneinheit
zusammenbaubar ist bei ansonsten gleichem Aufbau der
Setzvorrichtung.
Auch von Vorteil ist es, dass im Matrizenelement, insbesondere in einem Prägering ein Verriegelungselement zur
Nietverriegelung geführt ist. Wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Werkstücklagen mit einem Faseranteil stanzend bearbeitet werden sollen, werden Stanz-Nietelemente verwendet. Das Stanz-Nietelement muss ausreichend stabil sein, die betreffenden Materialien durchstanzen zu können, ohne dass ich der Stanzniet vor dem Durchstanzen verformt. Bei hochfesten Fasermaterialien muss ein Stanzniet verwendet werden, der hochstabil ist bzw. sich beim Setzen des Stanzniets nicht verformt. Dabei ist es nachteilig, dass die durch den
Stanzvorgang entstehenden Fasern mit dem ausgestanzten
Stanzbutzen in die Umgebung gelangen. Denn insbesondere im Hinblick auf nachfolgende Bearbeitungsschritte wie z. B. ein Beschichtungs- bzw. ein Lackier-Bearbeitungsschritt können sich bereits geringe Mengen von freien Faser-Partikeln bzw. von herumfliegenden Fasern nachteilig auswirken. Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, einen stabilen sich nicht verformenden Stanzniet zu verwenden, der mit der darauf abgestimmt ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung so verarbeitbar ist, dass die Faser-Problematik nicht auftritt.
Hierzu wird ein halbhohler unten offener Hohl-Stanzniet verwendet, der sich selbst beim Setzen nicht verformt. Mit einem solchen Hohl-Stanzniet wird aufgrund der vorgeschlagenen Setzvorrichtung kein Stanzbutzen erzeugt, womit auch keine freien Fasern entstehen. Die durchstanzten Fasern bleiben im hohlen Schaft des Hohl-Stanzniets gefangen.
Hierzu wird der Hohl-Stanzniet von Material der untersten bzw. matrizeneinheit-seitigen Werkstücklage unten verschlossen und darin verankert. Zur Verankerung des Hohl-Stanzniets in den Werkstücklagen wird Material der untersten Werkstücklage in eine Vertiefung außen am Hohl-Stanzniet hineinverformt , was mit dem Prägering realisierbar ist, der matrizenseitig gegen die unterste Werkstücklage drückt und diese verformt, also an der Unterseite der Werkstücklagen eine Einprägung vornimmt. Die komplette Durchstanzung der Werkstücklagen muss demgemäß vermieden werden. Deshalb darf zumindest die unterste Werkstücklage beim
Fügevorgang nicht durchgestanzt werden. Hierfür wird mit dem Verriegelungselement eine Matrizen-Gegenfläche der
erfindungsgemäßen Vorrichtung im Prägering bereitgestellt. Mit dem Verriegelungselement wird die Gegenfläche bzw. der Prägeringboden in einer Aufnahme bzw. in einem Kanal im
Prägering bereitgestellt. Der passende zu verarbeitende Hohl- Stanzniet weist eine unterseitige sacklochartige Öffnung mit einer Schneidkante auf, um zumindest eine obere Werkstücklage zu durchstanzen. Außen an einem Schaft des Hohl-Stanzniets ist vorzugsweise wenigstens eine Vertiefung vorhanden, in welche am Ende des Fügevorgangs mit Hilfe des axial vorgeschobenen Prägerings Material der Werkstücklagen hineinverformt werden kann, womit die Verankerung des Hohl-Stanzniets in den
Werkstücklagen verbessert ist.
Mit der Stirnfläche des Verriegelungselements wird die matrizeneinheit-seitige unterste Werkstoffläge so abgestützt, dass am Ende des Fügevorgangs ein Durchstanzen der untersten Werkstücklage sicher unterbunden ist. Die Länge des Hohl- Stanzniets ist hierfür auf die Dicke der Werkstücklagen abgestimmt bzw. die Länge des Schafts ist kürzer als die Gesamtdicke aller Werkstücklagen zusammen. Die sacklochartige Öffnung des Hohl-Stanzniets wird beim Setzen des Hohl- Stanzniets von Material der durchstanzten Werkstücklagen gefüllt und von der untersten Werkstücklage unten
verschlossen. Das Verriegelungselement bildet z. B. in einem zentrischen Kanal des Prägerings eine zur Stirnfläche des
Prägerings nach innen etwas versetzte feste Anschlagfläche zur Abstützung von Material der untersten Werkstücklage.
Die beschriebene Vorgehensweise ist wie erläutert insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine durchgehend geschlossene
Unterseite der untersten Werkstücklage gefordert ist. Bislang können beim Durchstanzen der mehreren Werkstücklagen mit dem Hohl-Stanzniet trotz der Abführung des Stanzbutzens in einem Butzenkanal Fasern einer durchstanzten Faser-Werkstücklage in die Umgebung gelangen.
Mit dem Verriegelungselement in dem Prägering ist dies sicher vermeidbar. Ein Stanzbutzen entsteht nicht, womit Fasern nicht in die Umgebung gelangen können.
Die unterste Werkstücklage kann aufgrund des
Verriegelungselements nicht durgestanzt werden und bildet am Ende des Fügevorgangs eine unterseitig unversehrte bzw.
durchgehende Schicht, die den halbhohlen Hohl-Stanzniet unten verschließt, z. B. in der Art eines Bodendeckels. Dabei bleiben die in der wenigstens einen gestanzten Faserschicht abgetrennten Fasern im Inneren des Stanzniets gefangenen bzw. eingeschlossen . Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Matrizenelement an einer ins Innere des Basiskörpers zeigenden Außenseite des Matrizenstücks am
Matrizenstück federnd gelagert ist. Beispielsweise sind mehrere Federpakete vorgesehen, die zur Lagefixierung z. B. in eine Sacklochbohrung auf einer Vorderseite des
Matrizenelements hineinragen. Mit der federnden Lagerung wird eine dauerhaft am Matrizenelement anstehende Druckkraft realisiert, welche das Matrizenelement beim Vorwärtsschieben überwindet jedoch danach bzw. vor einem nächsten Setzvorgang in eine Ausgangsposition selbsttätig zurückstellt, z. B. wenn ein hydraulischer Druck auf das Matrizenelement 9 reduziert bzw. weggenommen ist. Die federnde Lagerung ist derart
abgestimmt, dass eine Vorwärtsbewegung des Matrizenelements gegen die Federkraft der federnden Lagerung in Richtung des Matrizenstücks hydraulisch ohne weiteres möglich ist, bis das Matrizenelement z. B. an einem Anschlag am Basiskörper oder vorzugsweise am Matrizenstück anschlägt.
Es ist überdies vorteilhaft, wenn das Matrizenstück und das Matrizenelement derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Matrizenelement in radialer Richtung zum Matrizenstück einen Spalt aufweist. Der Spalt ist außerdem in Richtung der
Fügeachse bzw. in Längsrichtung der Matrizeneinheit über einen Längsabschnitt ausgebildet, über welchen das Matrizenelement beim Verschieben radial benachbart zum Matrizenstück ist.
Vorzugsweise ist der Spalt als umfänglich und axial
durchgehender Luft-Ringspalt ausgebildet. Damit ist auch sichergestellt, dass das Matrizenelement ausschließlich im Basiskörper und nicht im bzw. am Matrizenstück geführt ist bzw. keine gegenseitige Berührung stattfindet. Insbesondere lässt sich eine Zwangsführung des Matrizenelements am
Matrizenstück und damit ein mögliches Klemmen zwischen dem Matrizenelement und dem Matrizenstück bzw. eine überbestimmte Führung vermeiden. Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung, weist das Matrizenelement im Inneren des Basiskörpers eine Wirkfläche auf für das Aufbringen eines hydraulischen Drucks auf das Matrizenelement. Ein an die Wirkfläche heranreichender Hydraulikraum ist nach außen hydraulisch dicht. Die Wirkfläche ist zum Beispiel an einem Absatz mit einem Durchmessersprung auf der Außenseite des Matrizenelements ausgebildet. Die
Wirkfläche umfasst vorzugsweise eine quer zur
Bewegungsrichtung des Matrizenelements ausgerichtete Fläche außen am Matrizenelement. An den Hydraulikraum reicht eine Hydraulikleitung zum Heranführen einer Hydraulikflüssigkeit heran, um den hydraulischen Druck auf das Matrizenelement aufzubringen bzw. davon wegzunehmen. Die Wirkfläche bildet eine Wandung des Hydraulikraums, dessen Volumen sich mit der Verschiebung des Matrizenelements verändert. Der Hydraulikraum wird von der Wirkfläche und weiteren Wandungen insbesondere am feststehenden Basiskörper umschlossen. Zwischen dem axial beweglichen Matrizenelement und dem festen Basiskörper sind Hydraulik-Dichtungsmittel zur hydraulischen Abdichtung des Hydraulikraums nach außen vorgesehen.
Eine vorteilhafte alternative Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass die Wirkfläche als Anschlag bei einem Rückhub des Matrizenelements ausgebildet ist. Am Ende des Rückhubs des Matrizenelements steht die Wirkfläche vorzugsweise an einem festen
Wandungsabschnitt des Basiskörpers an. Wenn die Bewegung des Matrizenelements hydraulisch bewirkt wird, kann das Volumen eines Hydraulikraums verschwinden. Der Rückhub findet bei einem reduzierten hydraulischen Druck im Hydraulikraum statt, wobei die Gegenkraft aufgrund der federnden Lagerung des
Matrizenelements bewirkt, dass das Matrizenelement den Rückhub ausführt. Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikraum wird dabei aus dem Hydraulikraum über die heranführende Hydraulikleitung zurück verdrängt.
Schließlich ist es auch vorteilhaft, dass das Matrizenstück einstückig mit dem Basiskörper ausgebildet ist. Dies ist eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung. Dabei kann die
Vorrichtung konstruktiv so ausgestaltet sein, dass die Montage des Matrizenelements am Basiskörper mit dem Matrizenstück vorteilhaft möglich ist. Zum Beispiel kann das Matrizenelement von einer der Stempeleinheit abgewandten Seite des
Basiskörpers, in eine Aufnahmevertiefung im Basiskörper eingebracht werden.
Vorteilhafterweise ist der Basiskörper als Baueinheit
ausgestaltet, die lösbar an einem Endabschnitt eines Schenkels eines als zum Beispiel C-Bügel ausgebildeten Teils der erfindungsgemäßen Setzvorrichtung anbringbar ist. An den angebrachten Basiskörper schließt sich insbesondere ein Teil einer Antriebsanordnung zum Antrieb des Matrizenelements an wie eine Hydraulikleitung und gegebenenfalls eine Leitung zur Abführung eines bei einem Stanzvorgang mit der Setzvorrichtung aus den Werkstücklagen ausgestanzten Stanzbutzens .
Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand verschiedener Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,
Figur 2 den in Figur 1 dargestellten Bereich A vergrößert im
Schnitt gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 3 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in einer
Ansicht gemäß Figur 2, Figur 4 ein Schnittbild durch eine mit der Anordnung gemäß Figur 4 erstellte Nietverbindung von mehreren
Werkstücklagen und Figur 5 eine dritte erfindungsgemäße Anordnung in einer
Ansicht gemäß Figur 2.
Für entsprechende Elemente unterschiedlicher
Ausführungsbeispiele sind nachfolgend teilweise die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Setzen eines Fügeelements an mehreren
Werkstücklagen oder zum Durchsetzfügen, wobei die Vorrichtung als Setzvorrichtung 1 mit Antriebsmitteln und einer
übergeordneten Kontrolleinheit (nicht ersichtlich) zum Betrieb der Setzvorrichtung 1 ausgebildet ist. Mit der
Setzvorrichtung 1 können Fügeelemente bzw. Funktionselemente wie z. B. Niete wie Stanzniete, Halbhohlstanzniete,
Vollstanzniete oder Clinchniete sowie Clinchpunkte an einem Werkstück W mit mehreren Werkstücklagen WL1 und WL2 (siehe Fig. 2 in der Variante für Vollstanzniete) gesetzt werden. Die Setzvorrichtung 1 kann räumlich bewegbar zum Beispiel an einem beweglichen Roboterarm angebracht sein oder als
stationäre Einheit wie z. B. in der Art einer Gestell- oder einer Tischpresse Verwendung finden. Die erfindungsgemäße Setzvorrichtung 1 weist eine Stempeleinheit 2 und eine gegenüberliegende Matrizeneinheit 3 auf. Die Stempeleinheit 2 und die Matrizeneinheit 3 sind an einem U- bzw. C-förmigen Bügel bzw. einem C-Bügel 6 vorhanden. Zur Bearbeitung des mehrlagigen Werkstücks W werden die beispielhaft zwei
Werkstücklagen WL1, WL2 des Werkstücks W (in Fig. 2
gestrichelt und ausschnittsweise angedeutet) in einem zwischen gegenüberliegenden Schenkeln des C-Bügels 6 vorhandenen freien Bereich positioniert. Zur Bearbeitung des Werkstücks W ist eine Unterseite U des Werkstücks W bzw. der Werkstücklage WL2 zur Matrizeneinheit 3 gerichtet und auf einer Stirnseite 5 de Matrizeneinheit 3 abgestützt bzw. aufgelegt.
Die nicht näher beschriebenen Antriebsmittel der
Setzvorrichtung 1 umfassen eine Antriebseinheit 4a für die Stempeleinheit 2 zum Antrieb eines axial entlang einer
Fügeachse S hin- und herbewegbaren Stempels und eine
Antriebseinheit 4b für die Matrizeneinheit 3. Der Stempel ist in Figur 1 nicht ersichtlich bzw. eingefahren in einem
Niederhalter 25 der Stempeleinheit 2. Als Antriebseinheit 4a bzw. 4b ist vorzugsweise ein hydropneumatischer Antrieb mit Druckübersetzung bzw. ein hydraulischer Antrieb oder
alternativ eine andere Antriebsart wie ein pneumatischer oder elektrischer Antrieb möglich.
Der umrandete Bereich A in Figur 1 mit der Matrizeneinheit 3 ist in den Figuren 3 und 5 jeweils in einer anderen
Ausführungsform mit jeweils modifizierter Matrizeneinheit 36 bzw. 44 vergrößert und im Schnitt gezeigt. In den Figuren 2, und 5 sind einzelne Elemente schematisiert bzw. nicht
dargestellt .
Die Matrizeneinheiten 3, 36, 44 sind in den gezeigten
Ausführungsbeispielen aus einem Bausatz mit wenigen
Bauteiltypen aufgebaut bzw. zusammengebaut, so dass eine gewünschte von verschiedenen möglichen Varianten der
Matrizeneinheit aus dem Bausatz zusammenbaubar sind. Die jeweiligen Matrizeneinheit-Varianten sind an einem für alle Varianten gleichen Basiskörper 7 anbaubar, so dass der jeweilige Basiskörper 7 mit einer Anbringseite 26 an einem dazu passend ausgestalteten Anlageabschnitt 27 an einem dazugehörigen matrizenseitigen Schenkel 6a des C-Bügels 6 der Setzvorrichtung 1 anbringbar ist. Vorzugsweise ist der
Basiskörper 7 bzw. zumindest seine Anbringseite 26 bei allen Varianten der Matrizeneinheiten wie z. B. der
Matrizeneinheiten 3, 36, 44 identisch.
Die Matrizeneinheit 3 gemäß Figur 2 umfasst als wesentliche Bauteile den Basiskörper 7, ein Matrizenstück 8, ein Matrizenelement 9, einen Prägering, der als Prägeringeinsatz 10 bezeichnet ist, eine Fixierhülse 11, ein Abstimmelement 14, eine Butzenbrecherscheibe 19, Federpakete 12, 13,
schematisiert gezeigte Dichtungen 15, 16, 17, 18 und weitere nicht gezeigte Montage- und Dichtelemente. Das Matrizenstück 8 ist mit einem Außen-Gewindeabschnitt 8a in einer durch den Basiskörper 7 durchgehenden Ausnehmung 33 (siehe Fig. 3) mit einem passenden Innengewindeabschnitt im Basiskörper 7
eingeschraubt und positionsfest fixiert und für eine Demontage wieder lösbar.
Mittels einer von außen gut zugänglichen Verschraubung 20 mit einer Schraube 21 ist der Basiskörper 7 mit der
Matrizeneinheit 3 fest mit dem Schenkel 6a verbunden, womit eine Montage und Demontage der Teile in wenigen
Montageschritten möglich ist.
Da die Setzvorrichtung 1 für Ausführungsvarianten verwendbar ist, mit denen das Werkstück W durchstanzt wird, ist im an die Matrizeneinheit 3 angrenzenden Bereich des Schenkels 6a ein zur Matrizeneinheit 3 bzw. zur Butzenbrecherscheibe 19 offener Abführkanal 22 zur Abführung eines beim Stanzvorgang mit der Setzvorrichtung 1 aus dem Werkstück W herausgestanzten
Stanzbutzens ausgebildet. Der Abführkanal 22 mündet in einen Behälter 23 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Stanzbutzen.
Mit der Antriebseinheit 4b der Matrizeneinheit 3 ist eine aktive bzw. steuerbare Matrize bereitgestellt zum Beispiel zum Aufbringen bzw. zur Erzeugung einer Gegenkraft am Werkstück W, die der stempelseitig am Werkstück wirkenden Kraft entgegen gerichtet ist. Die Antriebseinheit 4b umfasst vorzugsweise ein Fluidsystem bzw. ein Hydrauliksystem, wobei über eine nicht ersichtliche Druckleitung bzw. Hochdruckleitung ein Druck des Fluidsystems auf die Matrizeneinheit 3 übertragbar ist. Um das Matrizenelement 9 in Richtung Rl entlang der Fügeachse S vorwärts bzw. hinzubewegen, wirkt ein mit der Antriebseinheit 4b bereitstellbarer hydraulischer Druck P, der in Figur 2 gemäß der Pfeile P angedeutet ist. Der hydraulische Druck P wirkt auf eine Wirkfläche 28, die am Matrizenelement 9 rückwärtig an einem absatzartigen Durchmesser-Sprung des
Matrizenelements 9 umlaufend bzw. ringartig vorhanden ist. Damit ist ein Überstand des Endes des Prägeringeinsatzes 10 zur Stirnseite 5 vorgebbar.
Bei einer Rückbewegung des Matrizenelements 9 in Richtung R2 bis in die gemäß der Figuren 2, 3 und 5 gezeigte
Rückhubstellung der Matrizeneinheit dient die Wirkfläche 28 zur Begrenzung der Rückhubbewegung als Anschlagfläche, welche an einer Gegenfläche 29 am Basiskörper 7 anstößt. Die Kraft für die Rückhub- bzw. Rückstellbewegung des Matrizenelements 9 wird mit Hilfe der Federpakete 12 und 13 realisiert, was dann zum Tragen kommt, wenn der hydraulische Druck P auf das
Matrizenelement 9 reduziert bzw. weggenommen ist. Figur 2 zeigt die Rückhubstellung der Matrizeneinheit 3 bei an der Gegenfläche 29 anstehender Wirkfläche 28. Ein vorderes
ringförmiges flaches Ende des Prägeringeinsatzes 10 ragt in eine Öffnung 30 in der Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 hinein, wobei das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 nicht übersteht bzw. vorzugsweise bündig zur radial benachbart vorhandenen flachen Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 ist. Mit der angetriebenen Vorwärtsbewegung des Matrizenelements 9 wird beim Setzvorgang eines Fügeelements das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 durch die Öffnung 30 bewegt, so dass das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 übersteht bzw. vorsteht relativ zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8. Dabei wirkt auf der anderen Seite des Werkstücks W eine stempeleinheit-seitige Kraft mittels des Stempels und des Niederhalters 25. Der
Prägeringeinsatz 10 formt dabei eine unterseitige Einprägung in das Material der Werkstücklage WL2 ein, womit eine
verbesserte Verankerung des in das Werkstück W eingepressten Fügelements erreicht wird.
Vorteilhafterweise sind der Basiskörper 7 und das
Matrizenelement 9 derart aufeinander abgestimmt, dass die Bewegungsführung des axial in Richtung Rl und R2 hin- und herverschieblichen Matrizenelements 9 ausschließlich im bzw. am Basiskörper erfolgt. Hierfür weist das Matrizenelement 9 einen Führungsabschnitt 31 auf, wobei der Führungsabschnitt durch Abschnitte der
Außenseite des Matrizenelements 9 gebildet ist. Vorzugsweise ist mit dem Führungsabschnitt 31 eine Gleitlageranordnung realisiert, welche einen inneren Wandungsabschnitt 32 im
Basiskörper 7 bzw. einen Wandungsabschnitt der Ausnehmung 33 (siehe Fig.3) im Basiskörper 7 mit zwei unterschiedlichen Innen-Durchmessern umfasst. Der Führungsabschnitt 31 und der Wandungsabschnitt 32 weisen jeweils glatte Flächen auf, die mit einem vergleichsweise sehr geringen Spaltmaß bzw. nahezu spaltfrei aneinander flächig in Anlage sind und eine geführte gleitende Bewegung des Matrizenelements 9 im Basiskörper 7 ermöglichen. Der maximal mögliche axiale Verschiebweg a des Matrizenelements 9 ist in Figur 3 gezeigt. In Richtung Rl ist der Verschiebweg a des Matrizenelements 9 durch Anstoßen einer axialen Ringfläche 34 an einer rückwärtigen Stirnseite des Matrizenstücks 8 begrenzt. Der Führungsabschnitt 31 und der Wandungsabschnitt 32 können zum Beispiel eine in der Grundform zylindrische Außen- bzw. Innenform aufweisen. In der außenzylindrischen Grundform des Führungsabschnitts 31 sind
beispielhaft vorbereitet ausgebildete Vertiefungen zur
Unterbringung von Dichtmitteln bzw. zum Beispiel umfänglich durchgehende Nuten zur Unterbringung der als Ringdichtungen ausgebildeten Dichtungen 15 und 16 vorhanden. Zusätzlich sind Vertiefungen für Dichtmittel im Wandungsabschnitt 32 für die Ringdichtungen 17 und 18 ausgestaltet.
Zwischen dem Matrizenstück 8 und den axial beweglichen Teilen des Matrizenelements 9 mit der Fixierhülse 11 und dem
Prägeringeinsatz 10 ist radial zur Fügeachse S ein
vergleichsweise sehr geringer Ringspalt RS bzw. Luftspalt mit einer Spaltbreite z.B. im Bereich eines Bruchteils eines
Millimeters ausgebildet. Der Luftspalt ist über die gesamte Länge des Matrizenstücks 8 vorhanden, zwischen einem Rand der Öffnung 30 im hohlen Matrizenstück 8 und dem oberen schlanken Teil des Prägeringeinsatzes 10 und zwischen der Fixierhülse 11 bzw. dem oberen Teilabschnitt 9a des Matrizenelements 9 und der Innenwand des hohlen Matrizenstücks 8. Die Fixierhülse 11 und der Prägeringeinsatz 10 übernehmen keine Führungsfunktion zur axialen Bewegungsführung des Matrizenelements 9.
Die Matrizeneinheit 3 gemäß Figur 2 ist vorteilhaft für das Vollstanznieten mit einem Vollstanzniet (nicht gezeigt) verwendbar. Dabei wird der vom sich in Richtung R2 bewegenden Stempel kraftbeaufschlagte Vollstanzniet durch die nicht vorgelochten Werkstücklagen WL1 und WL2 durchgestanzt und der dabei ausgestanzte Stanzbutzen in einen Butzenkanal 35 in der Matrizeneinheit 3 hineingedrückt. Durch axiales Verschieben des Matrizenelements 9 in Richtung Rl unter dem Druck P wird dann der Prägeringeinsatz über die Stirnseite 5 vorstehend ausgefahren, so dass verformtes Material des Werkstücks W in eine äußere Vertiefung im Vollstanzniet plastisch
hineinverformt wird und der Vollstanzniet im Werkstück W verankert ist. Danach wird der hydraulische Druck P reduziert und die Federpakete 12, 13 bringen das Matrizenelement 9 mit dem Prägeringeinsatz 10 wieder in die Grundstellung gemäß Figur 2. Bei vorgegebener Länge des Prägeringeinsatzes 10 ist je nach Dicke des eingesetzten Abstimmelements 14 die Relativstellung des vorderen Endes des Prägeringeinsatzes 10 relativ zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 vorgebbar. Mit dem
AbStimmelement 14 ist insbesondere ein maximaler Überstand des vorderen Endes des Prägeringeinsatzes 10 zur Stirnseite 5 bei axial in Richtung Rl maximal vorgeschobenem Matrizenelement 9 bzw. eine Bündigkeit oder ein nach innen bzw. unten
vorhandener Versatz des vorderen Endes des Prägeringeinsatzes 10 bei zurückgeschobenem Prägeringeinsatz 10 bzw. bei in
Richtung R2 zurückgeschobenem Matrizenelement 9 vorgebbar.
Das Ausführungsbeispiel der Setzvorrichtung 1 mit der
Matrizeneinheit 36 gemäß Figur 3 ist für eine Setzvorrichtung zum Stanznieten ausgebildet, mit der zum Beispiel ein selbstverriegelnder Hohl-Stanzniet bzw. Reservoirniet 37 in ein Werkstück 39 mit drei Werkstücklagen 39a, 39b und 39c gesetzt bzw. eingestanzt und verankert wird (siehe Fig. 4). Die Matrizeneinheit 36 unterscheidet sich von der
Matrizeneinheit 3 durch ein als Gegenstück 38 ausgebildetes Verriegelungselement 24 zur Nietverriegelung, das zum
Basiskörper 7 positionsfest passend innerhalb des Butzenkanals 35 im Matrizenelement 9 und dem Prägeringeinsatz 10 vorhanden ist. Das Gegenstück 38 füllt den Butzenkanal 35 nahezu
vollständig aus bis auf einen letzten vergleichsweise kurzen Abschnitt im Millimeterbereich. Eine vordere vorzugsweise flache Stirnfläche 38a des Gegenstücks 38 ist demgemäß im zurückgeschobenen Zustand des Matrizenelements 9 nach innen versetzt zur vorderen ringförmigen Stirnseite des
Prägeringeinsatzes 10 und damit zur Stirnseite 5 des
Matrizenstücks 8. Beim Einstanzen des Reservoirniets 37 in das Werkstück 39 in Richtung R2 werden die oberen beiden
Werkstücklagen 39a, 39b komplett mit einer am unteren Rand ausgebildeten ringförmigen Nietschneide 40 durchstanzt. Die Nietschneide 40 dringt von oben nur über einen Teil der gesamten Dicke der untersten Werkstücklage 39c in die
Werkstücklage 39c ein. Dies wird durch das Vorhandensein der Stirnfläche 38a des Gegenstücks 38 beeinflusst, da die
Stirnfläche 38a des Gegenstücks 38 als starre Anschlagfläche wirkt, die unten gegen die Unterseite der unteren
Werkstücklage 39c ansteht, weil das Gegenstück 38
positionsfest an der Matrizeneinheit 36 vorhanden ist. Durch das axiale Vorschieben des Matrizenelements 9 in Richtung Rl um den Weg a wird das vordere Ende des Prägeringeinsatzes 10 entsprechend zur Stirnseite 5 in Überstand gebracht, womit eine entsprechende ringförmige Einprägung 41 auf der
Unterseite der Werkstücklage 39c eingeformt wird und Material der Werkstücklage 39c plastisch in eine außenseitige
umfänglich verlaufende Vertiefung 42 außen am Reservoirniet 37 hineingedrückt wird. Bei dieser Vorgehensweise wird die z. B. faserhaltige Werkstücklage 39b in einem Reservoir 43 im
Hohlvolumen des Reservoirniets 37 gefangen bzw. nach außen dicht eingeschlossen, so dass vorteilhafterweise keine Fasern der Werkstücklage 39b, die beim Durchstanzen der Werkstücklage 39b mit dem Reservoirniet 37 entstehen, in die Umgebung gelangen können. Entsprechendes gilt vorteilhafterweise für eine ggf. faserhaltige Werkstücklage 39a.
Die in Figur 5 gezeigte Matrizeneinheit 44 unterscheidet sich von der Matrizeneinheit 3 dadurch, dass anstelle des
Prägeringeinsatzes 10 mit der Fixierhülse 11 ein
Matrizenboden-Element 45 fest verbunden ist mit dem
Matrizenelement 9 bzw. zum Beispiel in dem vorderen hohlen Bereich des Matrizenelements 9 eingeschraubt ist. Damit wird die Matrizeneinheit 44 für eine Setzvorrichtung vorteilhaft einsetzbar, welche zum Halbhohlstanznieten bzw. zum Setzen von Halbhohlstanznieten in ein mehrlagiges Werkstück wie auch zum Clinchnieten und zum Clinchen von mehrlagigen Werkstücken dient. Insbesondere kann mit einer vorderen freien Stirnseite 46 des Matrizenboden-Elements 45 ein axial zur Fügeachse S verfahrbarer Matrizenboden bereitgestellt werden, der bei zurückgeschobenem Matrizenelement 9 gemäß Figur 5 parallel vertieft zur Stirnseite 5 des Matrizenstücks 8 positioniert ist. Mit dem verfahrbaren Matrizenboden-Element 45 kann die Verankerung bzw. die Verformung des Halbhohlstanzniets im Werkstück vorteilhaft realisiert werden je nach Bewegung bzw. Stellung des Matrizenboden-Elements 45 relativ zum
Matrizenstück 8.
Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der
Matrizeneinheiten 3, 36 und 44 ist es vorteilhaft, dass zum Zusammenbau die identischen Haupt-Bauteile verwendet werden können, wie insbesondere der Basiskörper 7, das
Matrizenelement 9, die Federpakete 12, 13 und das
Matrizenstück 8. Alternativ zu den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 2, 3 und 5 kann der Basiskörper und das Matrizenstück einstückig sein. Ein solches Grundbauteil der Matrizeneinheit kann derart gestaltet sein, dass eine Montage der daran vorhandenen weiteren Komponenten wie dem Matrizenelement von einer dem Matrizenstück gegenüberliegenden bzw. rückwärtigen Seite erfolgt. Das Matrizenelement weist dann beispielsweise über den Führungsabschnitt bis zum rückwärtigen Ende einen gleichbleibenden Außendurchmesser auf.
Bezugszeichenliste :
1 Setzvorrichtung
2 Stempeleinheit
3 Matrizeneinheit
4a Antriebseinheit
4b Antriebseinheit
5 Stirnseite
6 C-Bügel
6a Schenkel
7 Basiskörper
8 Matrizenstück
8a Außen-Gewindeabschnitt
9 Matrizenelement
9a Teilabschnitt
10 Prägeringeinsatz
11 Fixierhülse
12 Federpaket
13 Federpaket
14 Abstimmelement
15 Dichtung
16 Dichtung
17 Dichtung
18 Dichtung
19 Butzenbrecherscheibe
20 Verschraubung
21 Schraube
22 Abführkanal
23 Behälter
24 Verriegelungselement
25 Niederhalter
26 Anbringseite
27 Anlageabschnitt
28 Wirkfläche
29 Gegenfläche
30 Öffnung
31 Führungsabschnitt
32 Wandungsabschnitt Ausnehmung
Ringfläche
Butzenkanal
Matrizeneinheit
Reservoirniet
Gegenstück
a Stirnfläche
Werkstück
a Werkstücklageb Werkstücklagec Werkstücklage
Nietschneide
Einprägung
Vertiefung
Reservoir
Matrizeneinheit
Matrizenboden-Element
Stirnseite

Claims

Ansprüche :
1. Vorrichtung (1) zum Setzen eines Fügeelements (37) an einem Werkstück (39) mit mehreren Werkstücklagen (39a, 39b, 39c) oder zum Durchsetzfügen von mehreren Werkstücklagen, umfassend eine Stempeleinheit und eine gegenüberliegende
Matrizeneinheit (3, 36, 44), zwischen welchen die mit der
Vorrichtung (1) zu bearbeitenden Werkstücklagen einklemmbar sind, wobei die Matrizeneinheit (3, 36, 44) an einem
Basiskörper (7) angeordnet ist und ein aus dem Basiskörper (7) vorstehendes Matrizenstück (8) umfasst, und wobei im
Matrizenstück (8) ein axial verschiebliches Matrizenelement (9) vorhanden ist, mit dem eine zur Stempeleinheit zeigende Stirnseite (5) der Matrizeneinheit (3, 36, 44) in der Form veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das
Matrizenelement (9) mit einem Führungsabschnitt (31) über das Matrizenstück (8) hinaus in den Basiskörper (7) erstreckt und im Basiskörper (7) geführt ist, wobei das Matrizenelement (9) ausschließlich im Basiskörper (7) axial verschieblich
bewegungsgeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch dass das
Matrizenstück (8) in den Basiskörper (7) eingesetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (31) des Matrizenelements (9) senkrecht zu einer Hauptachse des Matrizenelements (9) eine größere Dimension besitzt als der Teil des Matrizenstücks (8), der aus dem Basiskörper (7) vorsteht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenelement (9) einen Prägering (10) umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenelement (9) einen verfahrbaren Matrizenboden (45) umfasst, der an das
Matrizenstück (8) angrenzt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Matrizenelement (9),
insbesondere in einem Prägering (10) ein Verriegelungselement (24) zur Nietverriegelung geführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenelement (9) an einer ins Innere des Basiskörpers (7) zeigenden Außenseite des Matrizenstücks (8) am Matrizenstück (8) federnd gelagert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenstück (8) und das Matrizenelement (9) derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Matrizenelement (9) in radialer Richtung zum Matrizenstück
(8) einen Spalt aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenelement (9) im
Inneren des Basiskörpers (7) eine Wirkfläche (28) für das
Aufbringen eines hydraulischen Drucks auf das Matrizenelement
(9) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche (28) als Anschlag bei einem Rückhub des Matrizenelements (9) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenstück einstückig mit dem Basiselements ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109773077A (zh) * 2019-03-04 2019-05-21 佛山市南海蕾特汽车配件有限公司 一种新型全铝汽车散热器水室自动铆合模具及铆合方法
WO2020048680A1 (de) * 2018-09-04 2020-03-12 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg Werkzeugbügel und vorrichtung zum kaltfügen

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020131273A1 (de) 2020-11-26 2022-06-02 Audi Aktiengesellschaft System zum Setzen eines Hilfsfügeelements in zumindest ein Bauteil

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1477249A1 (de) * 2001-12-27 2004-11-17 Newfrey LLC Automatische stanz-niet-vorrichtung und für die vorrichtung verwendetes werkzeug
DE102004053224A1 (de) * 2004-11-04 2006-05-11 Daimlerchrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Stanznieten

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ237649A (en) 1990-04-03 1993-10-26 Edward Leslie Theodore Webb Clinching apparatus with split collet die for joining overlapping sheets of material
DE19847980A1 (de) 1998-10-17 2000-04-20 Talbot Gmbh & Co Kg Werkzeug zum Setzen von Stanznieten
DE102010020666B4 (de) 2010-05-17 2020-04-16 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg Matrize und Werkzeug für ein Nietwerkzeug
DE102012005491B4 (de) 2012-03-19 2017-03-16 Audi Ag Fügevorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1477249A1 (de) * 2001-12-27 2004-11-17 Newfrey LLC Automatische stanz-niet-vorrichtung und für die vorrichtung verwendetes werkzeug
DE102004053224A1 (de) * 2004-11-04 2006-05-11 Daimlerchrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Stanznieten

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020048680A1 (de) * 2018-09-04 2020-03-12 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg Werkzeugbügel und vorrichtung zum kaltfügen
CN112839752A (zh) * 2018-09-04 2021-05-25 Tox机械工程股份有限公司 工具支架和用于冷接合的装置
US11571736B2 (en) 2018-09-04 2023-02-07 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg C-shaped frame and device for cold joining
CN112839752B (zh) * 2018-09-04 2023-09-19 Tox机械工程股份有限公司 工具支架和用于冷接合的装置
CN109773077A (zh) * 2019-03-04 2019-05-21 佛山市南海蕾特汽车配件有限公司 一种新型全铝汽车散热器水室自动铆合模具及铆合方法
CN109773077B (zh) * 2019-03-04 2024-04-23 佛山市南海蕾特汽车配件有限公司 一种新型全铝汽车散热器水室自动铆合模具及铆合方法

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