DE10048005A1 - Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile (1, 2), insbesondere Blechplatinen, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung (9) versehenes Werkzeug (3, 4) an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles (1) zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile (1, 2) unter der Wirkung eines Strahles (20) eines unter hohen Druck setzbaren Fluids (14) in die Ausnehmung (9) hineinverformt werden. Um bei geringem konstruktiven Aufwand eine Bauteilverbindung von hoher Güte herstellen zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein in Richtung Ausnehmung (9) sich bewegender Stempel (5) die Wirkung des Fluids (14) unterstützt und dass der Stempel (5) mit mindestens einem Fluid-Kanal (10) ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile, insbesondere Blechplati­ nen, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden.

Eine entsprechende Vorrichtung ist in der DE 32 10 956 A1 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt ein Werkzeug zum unlösbaren Verbinden von dehn­ baren, flächenartigen Werkstücken. Unter anderem wird dabei eine Verfah­ rensweise erwähnt (in Verbindung mit Fig. 7 und 8), bei der ein Druck­ mittelstrom unmittelbar auf zu verbindende Werkstücke einwirkt und die dazu verwendeten Düsen Einbuchtungen an der Verbindungsstelle herstellen sowie eine anschließende unlösbare Verbördelung durchführen. Zur Herstellung der Verbördelung ist es erforderlich, auch die gegenüberliegende Oberfläche des Bauteilverbundes durch einen entsprechenden Fluidstrahl zu beaufschlagen. Dies lässt den Aufwand zur Herstellung einer solchen Verbindung unverhältnismäßig hoch werden. Die Beanspruchung der Werkstücke an der Verbindungsstelle durch aufeinanderfolgende, gegengerichtete Verformungen ist gleichfalls beträchtlich. Die Güte der Verbindung darf als zweifelhaft angesehen werden.

Anderweitige Verfahrensweisen zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile unter Einsatz eines unter hohem Druck ste­ henden Fluids sind in den älteren Patentanmeldungen 199 13 757.9-14 und 199 18 516.6-12 der Anmelderin beschrieben. Zum einen wird dabei ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung beschrieben, bei dem ein von einem Werkzeug beaufschlagtes Niet flächig aufeinander liegende Werkstücke, insbesondere Bleche, beaufschlagt und das Blechmaterial in den Formhohlraum einer Matrize drängt, wobei die Matrize im Verlaufe des Niet-Setzvorganges eine das Werkstückmaterial an eine Niet-Mantelfläche andrückende Querkraft ausübt und wobei die Querkraft über ein in die Matrize einleitbares, unter hohen Druck setzbares Fluid erzeugt wird. Die weitere Schutzrechtsanmeldung der Anmelderin beschreibt ein ebenfalls auf der DE 32 10 956 A1 aufbauendes Verfahren zum Verbinden flächiger Bauteile, wobei in einen durch die umgeformten Bauteile an der Verbindungsstelle entstehenden Hohlraum ein Stopfen eingefügt wird, der in vorteilhafter Weise auch von dem unter hohen Druck setzbaren Fluid gebildet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Verbinden zweier flächiger Baueile gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 in der Weise zu optimieren, dass bei geringem konstruktiven Aufwand eine Bauteil­ verbindung von hoher Güte herstellbar ist.

Die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 zeigen den erfin­ dungsgemäßen weiteren Aufbau der Vorrichtung. Vorteilhafte Weiterbildun­ gen und Ausgestaltungen vorrichtungsgemäßer Art sind mit den Unteran­ sprüchen beansprucht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in den Fig. 1a bis 1e in schemati­ scher Darstellung sowohl den konstruktiven Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch die Arbeitsschritte im Einzelnen zur Herstellung der Bauteilverbindung.

Wie aus Fig. 1a ersichtlich sind zwei miteinander zu verbindenden flächigen Bauteilen 1, 2, beispielsweise Metallblechen, an einer Verbindungsstelle ein Werkzeugunterteil 3 mit den Matrizenteilen 3.1 und 3.2 und ein Werkzeugoberteil 4 mit darin zentrisch geführtem, vertikal beweglichen Stempel 5 zugeordnet. Ein umlaufendes Dichtungsband 6, welches in die untere Stirnfläche des Werkzeugoberteiles 4 eingesetzt ist und am oberen flächigen Bauteil 1 anliegt sorgt für einen fluiddichten Abschluss eines durch das obere flächige Bauteil 1, das Werkzeugoberteil 4 und den Stempel 5 gebildeten Hohlraumes 7. Diesem ist eine mit Hinterschnitt 8 versehene Ausnehmung 9 im Werkzeugunterteil 3 gegenübergestellt.

Innerhalb des Stempels 5 verläuft, konzentrisch angeordnet, ein Kanal 10, der in einem Stempelfortsatz 11 an dessen Stirnfläche 13 sowie in radial, schräg nach unten gerichtete und über den Umfang verteilt angeordnete Bohrungen 12 ausmündet.

Die Bauteilverbindung entsteht nun bei geschlossenem Werkzeug wie folgt:
Zunächst wird über Kanal 10 und Bohrungen 12 der Hohlraum 7 mit Fluid 14 befüllt, was, einen entsprechenden Druck des Fluids 14 vorausgesetzt, auch unter der Wirkung der Fluid-Strahlen 20 ein Vorwölben der flächigen Bauteile 1, 2 an der Verbindungsstelle zur Folge hat (Fig. 1b). Ein weiteres Umformen (Fig. 1c) der Bauteile 1, 2 wird dadurch erreicht, dass die Wirkung des Fluids 14 dahingehend unterstützt wird, dass der Stempel 5 eine Abwärtsbewegung (Pfeil 15) durchführt, so weit, bis die Stirnfläche 13 des Stempelfortsatzes 11 über die flächigen Bauteile 1, 2 am Boden 16 der Ausnehmung 9 nahezu anliegt. Eine weitere Zufuhr von Fluid 14 über den Kanal 10 zur weiteren Druckerhöhung ist bei diesem Umformvorgang nicht von Nöten, kann aber ggf. vorteilhaft sein.

Der weitere Umformprozess (Fig. 1d) ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material der flächigen Bauteile 1, 2 im Bereich der Verbindungsstelle vollständig, den Hinterschnitt 8 ausfüllend, an die Kontur der Ausnehmung 9 anlegt. Zum Erreichen dieses Zieles sind auch die radial gerichteten Bohrungen 12 von Vorteil. Ein erneutes Beaufschlagen des Kanales 10 mit unter hohem Druck stehenden Fluid 14 zum Zwecke der Druckerhöhung in der mit Fluid 14 gefüllten Ausnehmung 9 hat nämlich zur Folge, dass diese Fluid-Strahlen 20 unmittelbar die sich weiter ausformenden Bereiche des Bauteilmateriales beaufschlagen.

Nach Reduzierung des Fluiddruckes und Ausleitung des im Hohlraum 7 vor­ handenen Fluids 14 kann das Werkzeug geöffnet (Pfeile 17, 18 bzw. Dop­ pelpfeil 19 gemäß Fig. 1e) und der nunmehr hergestellte Bauteilverbund entnommen werden.

Konstruktive Alternativen der Vorrichtung sind ohne weiteres denkbar und im Rahmen der Erfindung liegend. Modifiziert werden könnte beispielsweise Anordnung bzw. Zuordnung von Kanal 10 und Bohrungen 12. Letztere könnten von einem vom Kanal 10 unabhängigen, weiteren Zufuhrkanal versorgt werden, so dass z. B. Kanal 10 und Bohrungen 12 unabhängig voneinander und auch mit unterschiedlichen Fluiddrücken beaufschlagt werden können.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile, insbesondere Blechplatinen, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) einen Hinterschnitt (8) aufweist und dass die Wirkung des Fluids (14) durch einen gleichfalls in Richtung Werkzeug-Ausnehmung (9) bewegbaren Stempel (5) unterstützt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Stempels (5) mindestens ein auf die zu verformenden Bauteilabschnitte gerichteter Fluid-Kanal (10) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) in einen Stempelfortsatz (11) hineinreicht, der darüber hinaus mit im Wesentlichen schräg gerichteten Bohrungen (12) für den Durchtritt des Fluids (14) ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) von einem separaten Fluid-Kanal beaufschlagt werden.