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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum
Herstellen von Fügestellen zwischen plattenförmigen Teilen,
Metall oder Nichtmetall.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein Werkzeug, das in
einem Fügevorgang verwendet werden kann, der an mindestens
zwei plattenförmigen Teilen, z.B. Metallplatten, ausgeführt
wird. Mit Hilfe zusammenwirkenden Stempels und Matrize werden
die Teile miteinander verbunden, indem das Material in den
Platten unter Ausbildung eines Hohlraumes in den Platten und
seitlichem Ausdehnen des unteren Teiles des Hohlraumes
gezogen wird, um die Teile miteinander zu fügen.
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Im Stand der Technik sind Werkzeuge bekannt, bei denen die
Matrize mindestens zwei Matrizenteile umfasst, welche an
einem Endabschnitt mit einem Gegenstempel zusammenwirken und
an dem anderen Endabschnitt gegenüber den Kräften eines
elastischen Teiles gleitend auf einer Stützfläche angeordnet
sind. Eine Anschlagvorrichtung ist zur Begrenzung der
seitlichen Bewegung der Matrizenteile angeordnet. Die
elastischen Teile sind im allgemeinen aus einem Ring
gebildet, der aus einem die Matrizenteile umgebenden
Elastomer hergestellt ist.
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Wenn die Fügestelle hergestellt und der Stempel zurückgezogen
ist, werden die Matrizenelemente Längskräften ausgesetzt, die
dazu neigen, die Matrizenteile aus der Position zu ziehen.
Die Matrizenelemente müssen daher an dem Gegenstempel
befestigt werden. Bei einem Werkzeug gemäß dem Stand der
Technik umfasst eine Anschlagvorrichtung für die seitliche
Bewegung der Matrizenteile einen massiven Ring, der diese
Teile umgibt. Dieser Ring wird ebenfalls zum Halten der
Matrizenteile an ihrem Ort verwendet, wenn der Stempel
zurückgezogen wird. Diese Anordnung besitzt den Nachteil,
dass die seitlichen Abmessungen der Matrize groß sein werden
und das Verbinden und Lösen der Matrize kompliziert und
zeitraubend sein wird.
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In einem weiteren Werkzeug gemäß dem Stand der Technik sind
die Matrizenteile gegenüber dem Gegenstempel geneigt und die
unteren Flächen der Matrizenelemente gleiten gegenüber einer
horizontalen Stützfläche an dem Gegenstempelkörper. Aufgrund
des großen Abstandes zwischen der oberen Fläche der
Matrizenelemente, die den Kräften von dem plattenförmigen
Material ausgesetzt ist, und der gegenüberliegenden Fläche,
wo das Gleiten auftritt, müssen die Seitenwände der
Matrizenteile zwischen diesen gegenüberliegenden Flächen von
beträchtlicher Dicke sein. Dies bedeutet, dass die Matrize
große Abmessungen in seitlicher Richtung besitzen wird.
GB-A-2 189 175 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs.
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Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, die
Unannehmlichkeiten einer großen Matrize zu vermeiden. Dies
ist offensichtlich von großem Wert, insbesondere bei der
Herstellung von Fügestellen, bei denen der Raum begrenzt ist,
um ein kompaktes Werkzeug mit geringen Abmessungen zu
erhalten.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug stellt Fügestellen zwischen
plattenförmigem Material her und umfasst ein erstes
Werkzeugteil mit einem Stempel und einem Seitendruckelement
sowie ein zweites Werkzeugteil, das mit einer Stützfläche
ausgestattet ist, von der sich ein Gegenstempel erhebt. Eine
Matrize mit mindestens zwei Matrizenteilen ist um den
Gegenstempel herum angeordnet, wobei jedes Matrizenteil einen
gleitend gegenüber der Stützfläche angeordneten und durch
eine elastische Einrichtung an der seitlichen Fläche des
Gegenstempels anliegenden Abschnitt umfasst. Eine Einrichtung
zum Führen der Matrizenteile während der Gleitbewegung könnte
vorgesehen sein.
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Um die seitlichen Abmessungen der Matrize gering zu halten,
ist erfindungsgemäß der Abstand zwischen der oberen Fläche
und der Gleitfläche der Matrizenelemente gering ausgeführt.
Dies bedeutet weniger Spannung auf dem Material und eine
Möglichkeit, weniger Material in den Matrizeteilen zu
verwenden. Die entsprechende Stützfläche, an der die
Gleitbewegung zwischen den Matrizenteilen und dem
Gegenstempelkörper stattfindet, ist folglich weiter oben auf
dem Gegenstempelkörper angeordnet. Dies wird zu einer
geringeren Kippneigung der entsprechenden Matrizenelemente
führen, wenn die Kräfte von dem plattenförmigen Material
anwachsen. Darüber hinaus kann der Zusammenhalt der
entsprechenden Matrizenteile auf sehr vorteilhafte Weise auf
der unteren Seite eines ringförmigen Elementes vorgesehen
sein, dessen obere Fläche die Stützfläche für die
Matrizenelemente bildet. Die unteren Teile der
Matrizenelemente sind, in einer bevorzugten Ausführungsform,
nicht in Kontakt mit einer Fläche in Längsrichtung des
Werkzeuges, um jegliche Kräfte während der Herstellung der
Fügestelle aufzunehmen. Während der Rückkehrbewegung des
Stempels begrenzt jedoch ein Flansch auf jedem Matrizeelement
nahe des unteren Teiles des Elementes die Längsbewegung in
derselben Richtung wie der Stempel. Da die auf diesen Flansch
während der Aufwärtsbewegung des Elementes aufgebrachte Kraft
sehr gering ist im Vergleich zur der Druckkraft auf die
Matrize während der Herstellung der Fügestelle, kann die
Dicke der Wand, welche die oberen und unteren Teile des
Matrizenelementes verbindet, sehr gering ausgeführt werden
mit einem direkten und sehr vorteilhaften Einfluss auf den
Durchmesser der Matrize.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Gleitfläche im Verhältnis zu
bekannten Werkzeugen weiter nach oben auf dem
Gegenstempelkörper bewegt wurde, ist die vertikale Abmessung
des aktiven Teils des Gegenstempels entsprechend kleiner, was
einen mechanisch viel widerstandsfähigeren Gegenstempel
bedeutet.
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Entsprechend einer weiteren Eigenschaft besteht die
elastische Einrichtung, welche die Matrizenteile gegen die
seitliche Fläche des Gegenstempels anlegt, aus einem
elastischen Ring, der am Grunde der Nut der Matrizenteile
angeordnet ist.
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Die Zusammenhalteeinrichtung auf jedem Matrizenteil bildet
einen integralen Bestandteil des Matrizenteils, welches aus
einem Stück aus demselben Werkstoff hergestellt ist.
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Zusätzliche Eigenschaften und Vorteile werden durch das Lesen
der nachfolgenden Beschreibung deutlich, welche beispielhaft
einige vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Werkzeuges angibt, wobei Bezug genommen wird auf die
nachfolgenden Zeichnungen, in denen:
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Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in einer Position zu
Beginn des Fügeablaufes zeigt.
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Fig. 2 dasselbe Werkzeug am Ende des fügenden Hubes zeigt.
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Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht zwei
Matrizenteile gemäß der Erfindung zeigt.
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Fig. 4 eine aus vier identischen Matrizenteilen
zusammengesetzte Matrize und ein Beispiel der
elastischen Einrichtung, welche die Matrizeteile
umgibt, zeigt.
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Fig. 5 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen
Gegenstempelkörpers zeigt.
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Fig. 6 und 7 zwei weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen
des Gegenstempelkörpers zeigen.
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Fig. 8 und 9 Teile einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Werkzeuges zeigen.
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Fig. 10 und 11 zeigen schließlich eine Ausführungsform mit
einer quadratischen oberen Fläche des
Gegenstempels.
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Fig. 1 zeigt einen Stempel 1, der ein elastisches, seitlich
drückendes Element 2 besitzt, welches um dessen
Spitzenabschnitt 3 herum angeordnet ist. Eine im allgemeinen
ebene horizontale Fläche 15 des Stempels wird in Kontakt
gebracht mit dem oberen plattenförmigen Teil 4, wenn sich der
Stempel dem Matrizen-Gegenstempelteil des Werkzeuges nähert.
Die plattenförmigen Teile ruhen auf der oberen Fläche von
vier identischen Matrizenteilen 6, welche die Matrize 6'
bilden. Diese Matrizenteile umgeben einen Gegenstempel 8, der
eine im allgemeinen ebene obere Fläche 16 besitzt. Die
Matrizenteile werden durch eine elastische Einrichtung 7
zusammengehalten, die in einer Nut auf der Fläche der
Matrizenteile zwischen der oberen Fläche 13 (Fig. 3) und der
inneren Gleitfläche 14 auf dem entsprechenden Matrizenteil
angeordnet ist. Eine im allgemeinen ebene und horizontale
zusammenwirkende Gleitfläche 9, welche die obere Fläche eines
ringförmigen Elementes auf dem Körper bildet, ist auf dem
Gegenstempelkörper 11 angeordnet. Seitenwandelemente 19
verbinden den oberen Teil des Matrizenelementes mit einem
inneren Flansch am unteren Teil des Elementes. Dieser Flansch
erstreckt sich nach innen, seitlich um den unteren Teil des
ringförmigen Elementes, umgreifend dieses dadurch und
verhindert die Verschiebung der Matrize während der
Rückkehrbewegung des Stempels. Die Druckkräfte werden alle
durch die Gleitfläche 9 auf der Oberseite des ringförmigen
Elementes aufgenommen. Es ist offensichtlich, dass während
der Rückkehrbewegung des Stempels nur sehr geringe Kräfte auf
den unteren Flansch wirken werden. Dies bedeutet, dass die
Seitenwandabschnitte 19 sehr dünn hergestellt werden können,
was bedeutet, dass der Durchmesser der Matrize sehr gering
sein wird.
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In dieser besonderen Ausführungsform wurde dem oberen Teil
der Matrize eine leicht konische Form gegeben, um den
Durchmesser weiter an der Oberseite der Matrize weiter zu
verringern.
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In Fig. 2 hat der Stempel die Fügestelle im Zusammenwirken
mit der Matrize und dem Gegenstempel gebildet. Während der
seitlichen Ausdehnung des Materials infolge der Druckkräfte
zwischen dem Stempel 1 und dem Gegenstempel 11 gleiten die
Matrizenteile 6 nach außen, im wesentlichen sich ohne
gegenüber der Gegenkraft von den elastischen Einrichtungen 7
zu neigen. Während der Rückkehrbewegung des Stempels und der
Fügestelle von der Matrize werden die Flansche unter dem
ringförmigen Element an dem Gegenstempelkörper einhaken und
eine Verschiebung der Matrize verhindern.
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In Fig. 3 und 4 besteht die Matrize 6' aus vier identischen
Matrizenteilen 6, die an einem Endabschnitt eine Stützfläche
13 für die Plattenteile 4, 5 besitzen. Im wesentlichen
parallel zu der Fläche 13 ist eine innere Fläche 14 auf dem
Matrizenteil angeordnet, um mit der Stützfläche 9 auf dem
Gegenstempelkörper zusammenzuwirken. Um die Matrizeteile
zusammenzuhalten, ist um den Gegenstempel herum in einer Nut
17 auf jedem Matrizenteil eine elastische Einrichtung 7 in
Form einer ringförmigen Feder angeordnet.
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Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen des
Gegenstempelkörpers 11. Der obere Abschnitt ist in den drei
Beispielen derselbe. In Fig. 7 besitzt die untere Fläche des
ringförmigen Elementes auf dem Gegenstempelkörper eine
konische Form, um das Risiko einer längsgerichteten
Verschiebung der Matrizenteile während der Rückkehrbewegung
des Stempels zu vermindern. Mit einer geeigneten
zusammenwirkenden Auslegung des Flansches könnte der
Hakeffekt offensichtlich sicherer gemacht werden.
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In Fig. 6 und 7 wurde die der unteren Fläche des ringförmigen
Elementes gegenüberliegende Fläche auf dem Gegenstempelkörper
konisch hergestellt, um das Risiko zu minimieren, dass ein
Matrizenteil infolge Schiefstellung bricht.
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Dieselbe grundlegende erfinderische Idee kann auch für
Werkzeuge mit einer im Allgemeinen rechteckigen Form des
Gegenstempelkörpers und der Matrizenteile verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Matrize nur zwei
Teile. Der aktive Teil des Gegenstempels 8 besitzt denselben
Querschnitt wie oben beschrieben. Die elastische Einrichtung
7 wird in diesem Beispiel eine rechteckige Form einnehmen.
Zusätzliche Nuten 17 wurden auf den Seitenwänden des
Gegenstempelkörpers angeordnet, welche die Matrizenteile
während der Rückkehrbewegung des Stempels zusätzlich sichern.
Im Grenzfall könnte auf die Flansche, die hier geradlinig
sind, verzichtet werden.
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Die Fig. 10 und 11 zeigen einen zusammenwirkenden
Gegenstempelkörper und Matrizenteil für eine KonFiguration,
die einen im Allgemeinen rechtwinkligen aktiven
Gegenstempelteil 8 besitzt.