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Bezeichnung: Vorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier
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Bauteile durch ein Schnitt-Umform-Verfahren Beschreibung: Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile, von denen mindestens
ein Bauteil aus einem unter Druck plastisch verformbaren Werkstoff besteht, mit
einem Schneidstempel, einer gegen den Schneidstempel wirkenden Schneidhülse, die
an einem verschiebbar im Gestell geführten Schlitten befestigt ist und einem gegen
den Schneidstempel wirkenden Nietstempel, der mit einem Antriebsmechanismus verbunden
ist, wobei ferner eine lösbare Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, durch die
der Nietstempel und der Schlitten während eines Teils des Arbeitshubes unverschiebbar
zueinander gehalten sind, und mit einem Auslösemittel, durch das nach Erreichen
einer vorgegebenen Schnittiefe die Verriegelungseinrichtung zwischen Schlitten und
Nietstempel gelöst wird.
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Derartige Vorrichtungen zum formschlüssigen Verbinden von metallischen
und nicht metallischen Werkstoffen durch örtliches Trennen sowie Kalt-Umformen in
einem Arbeitsgang (DIN 8593) sind grundsätzlich bekannt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß die Funktionssicherheit gegenüber
den bisher bekannten Vorrichtungen verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der
Außenseite des Gestells wenigstens eine Feder angeordnet ist, die mit dem Schlitten
verbunden ist und die der Schlittenbewegung beim Arbeitshub entgegenwirkt. Es hat
sich nämlich gezeigt, daß bei einer Reihe von miteinander zu verbindenden Materialien
nach dem Lösen der Verriegelungseinrichtung erhebliche Kräfte zur Verfügung stehen
müssen, um den Schneidstempel vom Material zu lösen, bevor die Verformung durch
den Nietstempel erfolgt. Die hierzu erforderliche Kraft kann bis zu etwa 30 % der
sogenannten Verknüpfungskraft betragen. Derartige Kräfte lassen sich nicht mehr
über eine Feder aufbringen, die innerhalb eines gehäuseartigen Gestells liegen,
wobei eine wesentliche Voraussetzung möglichst geringe Breitenabmessungen für die
Vorrichtung sind, da für eine Vielzahl von Aufgabenstellungen mehrere derartiger
Vorrichtungen
nebeneinander angeordnet werden müssen bzw. bei komplizierteren
Raumformen seitlich genügend Raum bleiben muß, um das Bauteil zur Positionierung
handhaben zu können. Dadurch, daß die Feder erfindungsgemäß an der Außenseite des
Gestells angeordnet ist, lassen sich sehr viel stärkere Federn vorsehen, da der
maximal zulässige Außendurchmesser, beispielsweise einer entsprechenden Schraubenfeder,
gleich der Gestellbreite an dieser Stelle sein kann. Die Feder kann hierbei in axialer
Verlängerung des Schlittens oberhalb am Gestell angeordnet sein und mit dem Schlitten
über entsprechende Zugglieder verbunden sein. Anstelle einer mechanischen Feder,
wie beispielsweise einer Schraubendruckfeder kann auch eine pneumatische Feder oder
aber ein entsprechender Hydraulikzylinder angeordnet werden, der beim Auslösen der
Verriegelungsvorrichtung mit einem Druckmittel entsprechend beaufschlagt wird. In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß am Gestell
wenigstens ein zweiarmiger Hebel gelagert ist, der mit einem Ende am Schlitten angelenkt
und mit seinem anderen Ende an die Feder angeschlossen ist. Diese Anordnung hat
den Vorteil, daß die Feder seitlich und parallel zur Achse der Schlittenbewegung
angeordnet werden kann, so daß die Bauhöhe der Vorrichtung entsprechend reduziert
ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch eine entsprechende Hebelübersetzung
die auf den Schlitten wirkende Federkraft noch zu verstärken.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, daß Mittel zur Einstellung
der Federvorspannung vorgesehen sind. Dies ermöglicht es, derartige Vorrichtungen
serienmäßig mit den gleichen Federn herzustellen und die Rücksprungkraft über eine
Veränderung der Federvorspannung individuell für jeden Anwendungsfall einzustellen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß das Gestell einen in etwa C-förmigen Rahmen aufweist, dessen Seiten mit einer
Platine teilweise abgedeckt sind, und daß die gestellfesten Lager des Antriebsmechanismus,
die Führung für den Schlitten und ggf. die Lager für den Federhebel mit den Platinen
verbunden sind. Die C-Form des Gestells ist durch die Notwendigkeit vorgegeben,
daß zwischen dem üblicherweise unten liegenden Schneidstempel und den obenliegenden
bewegbaren Werkzeugen durch das Gestell ein entsprechender Freiraum vorgegeben sein
muß, der der Aufnahme des Antriebsmechanismus, der Rücksprungfeder sowie als Freiraum
zur Einführung der zu bearbeitenden Werkstücke dienen muß. Ein derartiges C-förmiges
Gestell kann bei der vorgegebenen Beschränkung der Außenabmessungen nicht mit der
erforderlichen Steifheit ausgebildet werden.
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Da andererseits sowohl für den Schnittvorgang als auch für den Nietvorgang
erhebliche Kräfte zwischen dem gestellfesten Schnittstempel und den bewegbaren,
sich auf der gegenüberliegenden Seite abstützenden Werkzeugen auftreten, wirken
sich schon geringfügige
Verformungen des Gestells nachteilig auf
die Standzeit und auch auf die Qualität der Verbindung aus. Die erfindungsgemäße
Gestellausbildung führt demgegenüber zu einer erheblichen Versteifung des C-förmigen
Gestellrahmens, ohne daß hierdurch die Breitenabmessungen vergrößert werden. In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß jeweils
die am Steg des C-förmigen Rahmens anliegende Kante der Platinen mit Vorsprüngen
versehen, die in entsprechende Vertiefungen am Rahmen eingreifen. Zweckmäßig ist
es hierbei, wenn die Vorsprünge und die diesen zugeordneten Vertiefungen nach Art
einer Verzahnung ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die
in der Ebene der Platinen wirkenden Kräfte vom Steg des C-förmigen Rahmens aufgenommen
werden, so daß auf dessen freie Enden praktisch keine Kräfte wirksam werden und
die bisher beobachteten nachteiligen Verformungen unter dem Einfluß der Betriebskräfte
vermieden sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß am Schlitten wenigstens eine Druckrolle und an einem im Schlitten geführten
Stößel für den Nietstempel wenigstens eine drehbare Kurvenscheibe mit Rücksprung
gelagert ist, die auf der Druckrolle abläuft und die einen nach außen weisenden
Mitnehmerfinger aufweist, der während des Arbeitshubes mit dem Auslösemittel in
Wirkverbindung tritt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß Schneidhülse und Nietstempel
durch
einen gemeinsamen Antriebsmechanismus koaxial geführt werden
können, wobei die auf den Stößel wirkende Antriebskraft über die Kurvenscheibe und
die Druckrolle auf den mit der Schneidhülse verbundenen Schlitten übertragen werden.
Die Anordnung ist spielfrei und erlaubt wegen ihres einfachen Aufbaues eine Dimensionierung,
die sehr hohe Schnittkräfte übertragen kann.
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Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sie sehr
schmal gebaut ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß der Antriebsmechanismus im wesentlichen aus einer Kolben-Zylinder-Einheit besteht,
deren Achse parallel zur Stößelachse verläuft und deren Kolbenstange mit einem Ende
eines zweiarmigen Hebels verbunden ist, der am Stößel schwenkbar gelagert ist und
der mit seinem anderen freien Ende über einen Schwenkhebel am Gestell angelenkt
ist und daß die Verbindung zwischen Kolbenstange und Hebel über eine am Hebel angeordnete
Rolle erfolgt, die in einem Langloch am Kolbenstangenende geführt ist, das unter
900 zur Kolbenstangenachse verläuft. Diese Anordnung, die nach Art eines Kniehebels
die aufzubringenden Schnitt- und Nietkräfte auf den Stößel überträgt, erlaubt zum
einen den Einsatz verhältnismäßig klein dimensionierter Kolben-Zylinder-Einheiten
und hat den Vorteil, daß durch die Anordnung einer Rolle am Hebelende, die im Langloch
am Kolbenstangenende geführt ist, die
zu übertragenden Kräfte ausschließlich
in Richtung der Kolbenstangenachse auf diese wirken und somit jegliche Biegekräfte
auf die Kolbenstange vermieden sind. Hierdurch wird insbesondere die Standzeit und
die Funktionssicherheit des Gerätes erheblich verbessert.
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Erfindungsgemäß ist das Auslösemittel durch einen am zweiarmigen Hebel
des Antriebsmechanismus angeordnet und wird durch einen verstellbaren Anschlag gebildet,
an den der Mitnehmerfinger der Kurvenscheiben während des Arbeitshubes anlegbar
ist. Dieser Anschlag wird zweckmäßigerweise durch eine festlegbare Stellschraube
gebildet. Während der Gesamthub des Stößels durch den Arbeitshub der Kolben-Zylinder-Einheit
bestimmt wird, läßt sich durch diese Ausgestaltung in einfacher Weise praktisch
jede gewünschte Schnittiefe festlegen. Je nachdem, ob der Anschlag mit seinem freien
Ende in kürzerer oder weiterer Entfernung zur Stößelachse festgelegt ist, wird die
Verriegelung zwischen Schneidhülse und Nietstempel früher oder später gelöst und
dementsprechend die zu verbindenden Teile weniger oder mehr durch den in die Schneidhülse
eindringenden Schneidstempel eingeschnitten. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung
ist die Kurvenscheibe mit einem Rückholfinger versehen, der mit einem festen Anschlag
am zweiarmigen Hebel am Antriebsmechanismus beim Rückholhub anlegbar ist. Hierdurch
ist in einfacher Weise dafür Sorge getragen, daß nach Beendigung des Arbeitshubes
während der Rück-
holbewegung die Schneidhülse über die Spitze
des Nietstempels hinausgeschoben wird und gleichzeitig Stößel und Schlitten wieder
für den nächsten Arbeitshub miteinander verriegelt sind.
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Die hierdurch bewirkte Zwangssteuerung der Verriegelung erlaubt sehr
kurze Taktzeiten, so daß der für eine Fertigungsstraße geforderte Ablauf aller Funktionen
auch hierfür sichergestellt ist.
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Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einer Aufsicht zwei miteinander verbundene
Bleche; Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt
gemäß der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Vorrichtung; Fig. 5 die Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit abgenommener Platine;
Fig. 6 in größerem Maßstab in einer Seitenansicht die Verriegelungsvorrichtung;
Fig.
7 einen Vertikalschnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig. 6.
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In den Fig. 1, 2 und 3 ist zum besseren Verständnis der Arbeits- und
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von zwei aufeinanderliegenden,
miteinander zu verbindenden Blechen das Prinzip der Verbindungstechnik erläutert.
Die beiden miteinander zu verbindenden Bleche, deren Oberflächen nicht sauber zu
sein brauchen, sondern eine Zunderschicht, eine Lack-, Kunststoff- oder galvanische
Beschichtung aufweisen können, werden aufeinander gelegt. Die miteinander zu verbindenden
Werkstoffpaarungen können unterschiedlich sein, wie beispielsweise Stahl mit Aluminium,
Kupfer, Messing oder Kunststoff. Die einzige Bedingung ist, daß sich wenigstens
einer der Werkstoffe unter Druck plastisch verformen läßt.
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Die beiden aufeinanderliegenden Bleche 1, 2 werden an der Verbindungstelle
durch einen in Richtung des Pfeiles A wirkenden Schneidstempel gegen eine entsprechende
Schneidhülse auf der anderen Seite des Bleches gedrückt, so daß, wie aus der Ansicht
in Fig. 1 ersichtlich, in beiden Blechen zwei parallel zueinander verlaufende Schnitte
3 entstehen, die es ermöglichen, aus der Oberfläche des Bleches 2 das Material in
Form eines kleinen Steges herauszifrücken. Sobald dieser Schneidvorgang abgeschlossen
ist, bleibt der Schneidstempel in der vorgegebenen
Position stehen
und es wird von der Seite der Schneidhülse her in Richtung des Pfeiles B (Fig. 3)
auf die herausgedrückten Stege ein Nietstempel aufgesetzt, so daß mit entsprechendem
Druck das Material im Bereich der beiden Stege zusammengepreßt wird. Da im Bereich
der durch die Stege gebildeten Vertiefung hierbei eine höhere Flächenpressung auftritt
als auf der Oberseite der Stege, wird das Stegmaterial des Bleches 1 durch plastische
Verformung zu beiden Seiten des Schnittes 3 im Blech 2 herausgedrückt. Dieser verformte
Materialanteil 4 wirkt daher wie ein Knopf in einem durch die Parallelschnitte 3
des Bleches gebildeten Knopfloch, so daß beide Bleche fest miteinander formschlüssig
verbunden sind.
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Eine derartige Verbindungstechnik kann überall da angewendet werden,
wo derartige Eindrückungen zulässig sind, beispielsweise im Karrosseriebau, bei
der Herstellung von Luftschächten, Stahlmöbeln, Stahlschränken, Gehäusen oder dergleichen.
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Das in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel weist ein Gestell
auf, das im wesentlichen aus einem C-förmigen Rahmen 6 besteht, dessen offene Seiten
durch je eine Platine 7 abgedeckt sind. Die am Steg 8 des C-förmigen Rahmens 6 anliegende
Kante 9 der Platinen ist mit Vorsprüngen versehen, die, wie hier dargestellt, die
Form einer Verzahnung haben können und die in entsprechenden Vertiefungen am Steg
eingreifen. Die Platinen 7 sind durch entsprechende Befestigungs-
schrauben
am Rahmen 6 gehalten. Durch die Verzahnung werden alle in der Ebene der Platinenflächen
in diese eingeleiteten Kräfte, insbesondere vertikal nach oben bzw. nach unten wirkenden
Kräfte unmittelbar in den Steg 8 eingeleitet, so daß eine Aufweitung der freien
Schenkel des C-förmigen Rahmens vermieden ist.
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Auf der Platine ist ein doppelarmiger Federhebel mit seinem Drehgelenk
12 gelagert. Dieser Federhebel 11 ist mit seinem einen freien Ende über eine Rolle
13 in einem Langloch 14 eines Schlittens 15 gelagert, der in Richtung des Pfeiles
16 zwischen den Platinen geführt ist. Zweckmäßigerweise sind zwei paralelle Hebel
auf jeder Seite des Gestells der Vorrichtung vorgesehen.
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Die beiden Hebel 11 sind an ihrem anderen Ende mit einer schwenkbaren
Hülse 17 versehen, in der eine Stange 18 gleitbar gehalten ist. Die Stange 18 ist
an ihrem oberen Ende mit einem Gewinde versehen und über eine weitere Schwenkhülse
19 in einem entsprechenden Ansatz 20 am Rahmen 6 gehalten. Unterhalb der Schwenkhülse
19 ist die Stange 18 mit einem Druckteller 21 versehen, gegen den sich eine Schraubendruckfeder
22 abstützt.
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Mit Hilfe des Gewindeansatzes läßt sich auf diese Weise die zwischen
der Gelenkhülse 17, die ebenfalls mit einem entsprechenden Druckteller 23 versehen
ist, und dem Druckteller 21
eingespannte Feder 22 variieren. Bei
einer nach unten gerichteten Bewegung des Schlittens 15, d. h. beim Arbeitshub,
wird die Feder 22 zusammengedrückt, so daßnach Freigabe des Schlittens durch eine
noch zu beschreibende Verriegelungsvorrichtung der Schlitten 15 selbsttätig nach
oben geführt wird.
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In Fig. 5 ist bei abgenommener Platine der Antriebsmechanismus der
Vorrichtung zu erkennen. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Hydraulikzylinder
24, der auf der Oberseite des C-förmigen Rahmens 6 befestigt ist und dessen Kolbenstange
25 durch eine entsprechende Ausnehmung im Rahmen 6 hindurchgeführt ist. Das freie
Ende der Kolbenstange 25 ist mit einem Klotz 26 versehen, der ein Langloch 27 aufweist,
das unter 900 zur Achse der Kolbenstange 25 ausgerichtet ist.
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Im Langloch 27 ist über eine Rolle 28 das freie Ende eines Doppelhebels
29 geführt, der auf einem Stößel 30 schwenkbar gelagert ist. Der Stößel 30 ist im
Schlitten 15 verschiebbar gelagert. Das andere Ende des Doppelhebels 29 ist über
einen Schwenkhebel 31 und einen Bolzen 32, der an den Platinen befestigt ist, am
Gestell angelenkt. Die über die Kolbenstange 25 bei einer Abwärtsbewegung auf den
Doppelhebel 29 wirkende Kraft wird somit über seine Anlenkung 33 entsprechend der
durch die Hebelübersetzung bewirkten Verstärkung auf den Stößel 30 aufgebracht.
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Der Stößel 30 ist an seinem unteren Ende mit einem Nietstempel 34
versehen, der in einer mit dem Schlitten 15 verbundenen Schneidhülse 35 geführt
ist. Durch eine noch zu beschreibende Verriegelungsvorrichtung sind Nietstempel
34 und Schneidhülse 35 so zueinander gehalten, daß zu Beginn der Bewegung die Schneidkante
36 der Schneidhülse 35 den Nietstempel 34 überragt, so daß der am unteren Ende des
Gestells ortsfest angeordnete Schneidstempel 37 in die Schneidhülse eintauchen kann,
so daß die anhand von Fig. 1, 2 und 3 beschriebenen Schnitte in die dazwischen liegenden,
hier nicht dargestellten Bleche eingebracht werden können. Sobald die erforderliche
Schnittiefe erreicht ist, wird die Verriegelungsvorrichtung gelöst und unter dem
Einfluß der in Fig. 4 dargestellten Feder 22 wird der Schlitten 15 zurückgezogen,
so daß nunmehr der Nietstempel 34 die Schnittkante 36 überragt und im Verlauf der
weiteren Bewegung der Nietstempel 34 gegen den nunmehr als Amboß wirkenden Schneidstempel
37 gepreßt wird und die gewünschte Materialverformung bewirkt wird.
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Anhand von Fig. 6 und 7 wird die Anlenkung des Doppelhebels 29 am
Stößel 30 sowie die Anlenkung der Federhebel 11 am Schlitten 15 und die Ausbildung
der Verriegelungsvorrichtung näher erläutert. Wie aus der Schnittdarstellung gemäß
Fig. 6 ersichtlich, ist der Stößel 30 an seinem oberen Ende gabelförmig ausgebildet.
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In der Gabel ist über einen Bolzen 38 der Doppelhebel 29 gela-
gert,
der mit seinem freien Ende in dem entsprechend gabelförmig ausgebildeten Ende des
Schwenkhebels 31 angelenkt ist.
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Unterhalb der Gabelung weist der Stößel 30 eine schlitzförmige Ausnehmung
39 auf, durch die ein Bolzen 40 hindurchgeführt ist, der im Schlitten 15 gelagert
ist. Auf dem Bolzen 39 ist zu beiden Seiten des Stößels 30 eine Druckrolle 41 gelagert,
die sich gegen Kurvenscheiben 42 abstützen, die auf dem Gelenkbolzen 38 frei drehbar
gelagert sind. Auf der Außenseite ist der Schlitten 15 an seinem oberen Ende etwa
in Höhe des Bolzens 38 im Stößel 30 zu beiden Seiten mit Langlöchern 14 versehen,
die sich unter 900 zur Bewegungsachse des Schlittens erstrecken und in die Gelenkbolzen
13 eingreifen, die mit den Federhebeln 11 verbunden sind. Hierdurch ist gewährleistet,
daß in jeder Stellung des Federhebels 11 die Kräfte ausschließlich in Richtung der
Bewegungsachse des Schlittens 15 übertragen werden.
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In Fig. 7 ist entsprechend der Schnittlinie in Fig. 6 eine Aufsicht
auf die durch Druckrolle 41 und Kurvenscheibe 42 gebildete Verriegelungseinrichtung
zu sehen. Die Kurvenscheibe 42 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Kreisscheibe
dargestellt, die an einer Seite ihres Umfangs einen Rücksprung 44 in Form eines
Kreisausschnittes aufweist, der in seinem Durchmesser dem Durchmesser der Druckrolle
41 entspricht. An einer Seite des Umfanges ist die Kurvenscheibe mit einem Mitnehmerfinger
45 versehen. Der Mitnehmerfinger 45 ist am Doppelhebel
29 gelagerte,
als Anschlag dienende Stell-schraube 46 zugeordnet. Bei einer Schwenkbewegung des
Doppelhebels 29 in Richtung des Pfeiles 47 wird die auf den Stößel 30 wirkende Kraft
über die Kurvenscheibe 42 und die Druckrolle 41 auf den Schlitten 15 übertragen.
Entsprechend der Einstellung der Schraube 46 kommt diese im Verlaufe der Schwenkbewegung
am Mitnehmerfinger 45 der Kurvenscheibe 42 zur Anlage, so daß diese gegenüber der
Druckrolle 41 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 47 gedreht wird. Entsprechend der
durch die Stellschraube 46 vorgegebenen Einstellung gelangt nach einem bestimmten
Schwenkweg unter dem Einfluß der dem Arbeitshub entgegen wirkenden Kraft der Feder
22 die Druckrolle 41 in den Rücksprung 44, so daß der Schlitten um das durch den
Rücksprung 44 vorgegebene Maß gegenüber dem Stößel 30 zurückgezogen wird und somit
die Spitze des Nietstempels 34 freigegeben wird.
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Um nun für den nächsten Arbeitsgang den Nietstempel 34 wieder hinter
die Schneidkante 36 der Schneidhülse 35 zurückziehen zu können, ist am Doppelhebel
29 ferner ein fester Anschlag 48 angeordnet, dem ein Rückholfinger 49 an der Kurvenscheibe
zugeordnet ist. Sobald der Doppelhebel 29 in Gegenrichtung zum Pfeil 47 bewegt wird,
wird durch den Anschlag 48 über den Rückholfinger 49 die Kurvenscheibe 42 wieder
in die in Fig. 7 dargestellte Ausgangsposition zurückbewegt, so daß die Zuordvon
Schlitten und Stößel für einen neuen Arbeitsvorgang erreicht ist.
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