WO2003013759A1

WO2003013759A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer formschlüssigen kaltfügeverbindung

Info

Publication number: WO2003013759A1
Application number: PCT/DE2002/002668
Authority: WO
Inventors: Dieter Mauer
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2004-01-20
Also published as: DE10135488A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung zwischen Lagen (4, 5) an Werkstücken mit einer Matrize (3) und einen Niederhalter (1) zum Gegenstand, zwischen denen die Lagen (4, 5) angeordnet sind, und mit einem in dem Niederhalter (1) axial geführten Stempel (2), wobei zur Ausbildung einer Klemmkraft der Niederhalter (1) mittels einer Flüssigkeit (10) ansteuerbar ist. Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung und ein Verfahren vor, bei dem die Viskosität und damit die Fliesseigenschaften der Flüssigkeit (10) aktiv beeinflussbar ist, so dass die durch den Niederhalter (1) auf die Lagen (4, 5) ausgeübte Klemmkraft gezielt variiert werden kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung

Die Erfindung hat ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zum Gegenstand.

Gerade in der Automobilindustrie gewinnen durch Kaltfugen hergestellte Verbindungen eine immer größere Bedeutung, da sie eine Alternative zu der herkömmlichen Schweißverbin^¬ dung bilden können. Insbesondere bei materialbedingt schlecht schweißbaren Werkstoffpaarungen stellen Kaltfugeverbindungen eine mehr als geeignete Alternative dar. Bei- spielsweise werden bei dem Kaltfugeprozeß des Stanznietens die zu verbindenden Teile, beispielsweise Bleche, ohne Vorlochen von zwei Seiten mit einem Stanzniet verbunden. Hierbei wird das bei einem konventionellen Nietverfahren erforderliche Vorlochen der Fugeteile durch einen entspre- chenden durch den Stanzniet selbst hervorgerufenen Schneidvorgang ersetzt.

Beim Stanznieten, beispielsweise mit einem Halbhohlniet, werden die zu verbindenden Blechbauteile auf eine Matrize gelegt. Die Blechbauteile werden durch einen Niederhalter gegen die Matrize gedruckt und so fixiert. Sodann stanzt der Halbhohlniet die diesem zugewandten Lagen durch und anschließend wird dieser in der unteren, matrizenseitigen Lage unter Ausbildung eines Schließkopfes plastisch unter radialer Erweiterung verformt, wobei sich zwangsläufig die Gestalt des Schließkopfes im wesentlichen durch die Form der Matrize bestimmt. Das dabei aus der oberen Lage ausgestanzte Material füllt den hohlen Nietschaft des Halbhohlnietes aus und wird dabei unverlierbar eingeschlossen. Im folgenden wird der Halbhohlniet gestaucht, was dazu fuhrt, daß der Schließkopf weiter ausgebildet wird und der Kopf des Halbhohlnietes im wesentlichen mit der oberen Lage der Blechbauteile bundig abschließt.

Hierbei ist es für eine qualitativ hochwertige Stanzniet- Verbindung mit einem Halbhohlniet von entscheidender Bedeutung, daß die positionierten Teile einwandfrei fest^¬ gehalten werden, so daß aufgrund einer bei dem Stanzprozeß in Erscheinung tretenden Nachfließbewegung die Position der Bauteile sich zueinander nicht verandern kann. Dar ber hinaus ist es wichtig, aufgrund der Werkstoffspezifischen Zusammensetzung der zu verbindenden Bauteile eine fugespe- zifische Auswahl des Materials und der Geometrie des Stanznietes zu treffen.

So ist beispielsweise aus der WO 94/14554 eine Vorrichtung mit einem Niederhalter bekannt, der über eine Kolben- Zylinder-Einheit in einer solchen Art und Weise bewegbar ist, daß die Klemmkraft des Niederhalters, durch den die Lagen auf der Matrize fixiert werden, gegen Ende des Stanznietvorgangs erheblich ansteigt. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine Nachfließbewegung beim Stanzen nicht eintritt. Darüber hinaus wird durch ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung erreicht, daß in dem Bereich des Kopfes des Stanznietes keine ringförmigen Vertiefungen oder Verwerfungen entstehen.

Eine ahnliche Kolben-Zylinder-Einheit zur Erzeugung einer notwendigen Klemmkraft des Niederhalters ist aus der WO 93/24258 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird über eine entsprechende variierende Drucksteuerung die Erzeugung unterschiedlicher Klemmkrafte wahrend des Stanznietvorgangs bewerkstelligt.

Im allgemeinen sind die mechanischen Eigenschaften einer Stanznietverbindung, insbesondere das Festigkeitsverhalten der Stanznietverbindung abhangig von der Ausbildung des Schließkopfes. Das Festigkeitsverhalten wird hierbei im wesentlichen auch durch die Ausgestaltung des Bereichs der Bauteile zwischen dem Kopf und dem Schließkopf des Stanz- nietes beeinflußt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 52 367 AI ist des weiteren ein Verfahren mittels einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung bekannt, bei dem die wahrend des Stanznietvorgangs von dem Niederhalter ausgeübte Klemmkraft entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit wenigstens von dem Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngroße variiert wird. Die Variation erfolgt dabei in einer solchen Art und Weise, daß die Klemmkraft wenigstens so weit verringert wird, daß eine zu dem Halbhohlniet hin gerichtete Bewegung wenigstens einer Lage der Blechbauteile ermöglicht wird. Mittels einer hydraulischen Arbeitsflussigkeit wird, von einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert, ein hydraulischer Druck auf den Niederhalter mit einem sich je nach den Gegebenheiten verändernden Druckverlauf ausgeübt.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß eine derartige Vorrichtung mit dem Nachteil behaftet ist, daß sich der Dampfungseffekt des hydraulischen Drucks, insbesondere über ein möglicherweise sehr störanfälliges Proportionalventil, nur äußerst kompliziert steuern laßt. Zudem ist mit dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ein großer Gerateaufwand verbunden, der mit erhöhten Kosten einhergeht.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung einer Kaltfugeverbindung so weiterzubilden, daß eine genaue und funktionssichere Steuerung der Klemmkraft bei gleichzeitiger materialschonender Herstellung einer sol- chen Kaltfugeverbindung mit einer höheren Festigkeit gewahrleistet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchfuhrung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.

Gelost werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Weiterbildun^¬ gen sind Gegenstand der jeweiligen Unteranspruche .

Die erfindungsgemaße Vorrichtung zur Herstellung einer Kaltfügeverbindung zeichnet sich dadurch aus, daß wahrend des Fugevorgangs eine von einem Niederhalter auf mindestens zwei Lagen an Werkstucken ausgeübte Klemmkraft dadurch variiert wird, daß sich die Viskosität einer auf den Niederhalter wirkenden Arbeitsflussigkeit und dadurch deren Fließeigenschaften aktiv beeinflussen laßt.

In einer Ausfuhrung der Vorrichtung kommt gemäß der Erfin- dung als Arbeitsflussigkeit eine elektro-rheologische Flüssigkeit zur Anwendung.

Unter elektro-rheologischen Flüssigkeiten werden Dispersionen fein verteilter elektrisch polarisierbarer Teilchen in hydrophoben, elektrisch hoch isolierenden Ölen verstanden, die unter Einfluß eines elektrischen Feldes mit hinreichend starker elektrischer Feldstarke schnell und reversibel ihre Fließgrenze bzw. ihren Schub- oder Schermodul unter Umstanden über mehrere Größenordnungen andern. Die elektro-rheologische Fl ssigkeit wechselt dabei gegebenenfalls von einem dünnflüssigen über den plastischen bis nahezu zu einem festen Aggregatzustand. Die Ansprechzeit liegt dabei in einem Bereich weniger Millisekunden. Dadurch wird es beispielsweise möglich, einen hervorragend aktiv ansteuerbaren Mechanismus bereitzustellen, wenn eine solche elektro-rheologische Flüssigkeit innerhalb einer Kolben-Zylinder-Einheit zur Anwendung kommt, wie dies beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 35 898 AI bereits bekannt ist. Selbstredend ist mit einer Änderung der Viskosität auch eine entsprechende Änderung des Dampfungsverhaltens einer solchen Vorrichtung verbunden.

In einer anderen Ausftihrungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt als Arbeitsflussigkeit ein sogenannte magneto-rheologische Flüssigkeit zum Einsatz.

Unter magneto-rheologischen Flüssigkeiten versteht man Suspensionen fein verteilter magnetischer Partikel mit einer Partikelgroße von einigen mm bis zu einigen μm in geeigneten Flüssigkeiten, wie Mineral- oder Silikonolen, wobei der Feststoffanteil der Suspension typischerweise etwa 20 bis 60 Vol.-% betragt. Magneto-rheologische Flüssigkeiten verandern ihren Fließwiderstand unter Einfluß eines starken Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Magnet- feidstärke. Sie erreichen je nach Typ Schubspannungswerte von bis zu 100 kPa.

Über ein elektrisches bzw. magnetisches Feld sind somit die rheologischen Eigenschaften der jeweiligen Flussigkei- ten stufenlos steuerbar.

Durch die erfindungsgemaße Verwendung einer elektro-rheo- logischen Flüssigkeit oder einer magneto-rheologischen Flüssigkeit anstatt eines hydraulischen Ols wird ein Pro- portionalitatsventil in Zusammenhang mit einem hydraulischen 01 nicht mehr benotigt, wodurch sich auch der pulsierende Stoßeffekt des Öldrucks ausschließen laßt.

Weitere Vorteile, die mit der Verwendung derartiger Flus- sigkeiten einhergehen, liegen in der Möglichkeit der unmittelbaren Aktivierung durch ein elektrisches bzw. magnetisches Signal, die innerhalb eines Millisekundenbereichs anspricht. Dar ber hinaus lassen sich unterschiedliche Eigenschaften wahrend der Kompressionsphase der Flüssigkeit einerseits und der Expansionsphase der Flus- sigkeit andererseits einstellen, so daß in beiden Phasen die Eigenschaften entsprechend variiert werden können. Beispielsweise laßt sich über eine so gezielte Variation ein radiales Nachfließen der tiefgezogenen, matrizenseiti- gen Lage in die Matrize hervorrufen, um einen gewünschten dickwandigen Gegenkopf auszubilden.

Bei Anlegung eines elektrischen bzw. magnetischen Feldes zeigen diese Flüssigkeiten des weiteren ein degressives Verhalten hinsichtlich der Dampfungskraft gegenüber eines durch diese Flüssigkeiten angesteuerten Kolbens. Ein weiterer Vorteil, der mit dem Einsatz solcher Flüssigkeiten verbunden ist, liegt in der Tatsache, daß innerhalb einer diese Flüssigkeiten zunutze machenden Vorrichtung der Anteil der mechanisch zu bewegenden Bauteile, beispiels- weise bei einer Kolben-Zylinder-Einheit, erheblich reduziert werden kann.

Die erfindungsgemaße Vorrichtung weist einen um den Stempel, der die Kaltfugeverbindung zwischen den Bauteilen ausbildet, konzentrisch angeordneten, vorzugsweise zylindrischen Kolben auf. Dieser Kolben ist ebenso wie der Stempel in einem hohlzylindrischen Niederhalter gefuhrt, in dem die elektro-rheologische oder magneto-rheologische Flüssigkeit aufgenommen ist.

Der Kolben trennt zwei Flussigkeitskammern voneinander, die gemäß der Erfindung durch mindestens einen diesen, vorzugsweise ringförmig, durchquerenden Kanal zur Fuhrung der jeweiligen Flüssigkeit wahrend der axialen Bewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses des Niederhalters in Verbindung stehen. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind, für den Fall der Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit in dem Bereich der Kanalwande voneinander isolierte Elektroden zur Anlegung einer gezielt zu variierenden elektri- sehen Hochspannung angeordnet.

In analoger Weise ist für den Fall des Einsatzes einer magneto-rheologischen Flüssigkeit in der Nahe des Kanals zumindest eine Magnetspule zur Erzeugung eines gezielt zu variierenden magnetischen Feldes vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können derartige Magnetspulen auch außerhalb des Kolbens, vorzugsweise m der Gehausewandung des Niederhalters angeordnet sein.

Gemäß der Erfindung wird über eine Steuereinrichtung in entsprechender Weise das elektrische Signal oder das magnetische Signal zur gezielten Beeinflussung der Fließ- eigenschaften der jeweiligen Flüssigkeiten erzeugt, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von der Relativlage des Stempels und des Niederhalters erfolgt. Dabei wird in Abhängigkeit von der Hohe der Spannung an den Elektroden oder an der Magnetspule die Viskosität der jeweiligen Flussigkeitsart und damit deren Strömung durch den Kanal bei einer Verschiebung des Kolbens gegenüber dem Niederhalter gezielt eingestellt. Mit anderen Worten wird durch das von der Hochspannung in dem Kanal erzeugte elektrische bzw. magnetische Feld die Viskosität der elektro- bzw. magneto-rheologischen Flüssigkeit innerhalb des Kanals so erhöht, daß gegen den dadurch hervorgerufenen Stromungswiderstand gegebenenfalls nur noch ein Bruchteil der bei der Abbewegung des Kolbens geforderten Flussigkeitsmenge den Kanal passieren kann. Hierdurch steigt der Druck in der unteren Flussigkeitskammer und damit der auf den Niederhalter von dem Kolben ausgeübte Druck, der sich als Klemm- kraft auf die Lagen der zu verbindenden Bauteile übertragt.

Da die Viskosität beider Flussigkeitsformen gezielt stufenlos einstellbar ist, ist somit gemäß der Erfindung auch die durch den Niederhalter ausgeübte Klemmkraft gezielt stufenlos beeinflußbar.

Das durch die erfindungsgemaße Vorrichtung durchfuhrbare Verfahren zeichnet sich in einer Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß der Verlauf der Klemmkraft wahrend des Kaltfugeprozesses entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit von dem Stempelweg oder vorteilhafterweise einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngroße variiert wird. Als Kenngroßen lassen sich beispielsweise hier insbesondere die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit des Stempels heranziehen. Bei Einsatz eines Fugeelements, beispielsweise bei Verwendung der Vorrichtung zum Stanznieten, korrespondiert der Stempelweg wiederum absolut mit dem in den Lagen zurückgelegten Weg bzw. der Eindringtiefe des Fugeelements.

Gemäß der Erfindung sind in der Steuereinrichtung mehrere unterschiedliche Programmprofile zur Steuerung bzw. für einen Abruf möglicher Variationsverlaufe abgelegt. So kann beispielsweise ein Abruf durch einen Vergleich, vorzugsweise in Echtzeit, des Stempelwegs und des in der Flüssigkeit vorherrschenden Drucks mit vorgegebenen Großen erfolgen.

Um den unerw nschten Nachfließeffekt auszuschließen, kann der Verlauf der Variation gemäß der Erfindung steuerungstechnisch auch in Abhängigkeit der Werkstuckeigenschaften der miteinander zu verbindenden Lagen an Bauteilen und/oder der Werkstuckeigenschaften und/oder der Formgestalt des Fugeelements erfolgen. Die Vorrichtung und das durch diese durchfuhrbare Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Kaltfugeverbindung lassen sich nicht nur auf den Kaltfugeprozeß des Stanznietens beschranken, sondern erlauben auch einen Einsatz bei dem Verbindungsverfahren des sog. Durchsetzfugens durch mehrere Lagen an Werkstucken, das kein Fugeelement benotigt und bei dem die Lagen durchgestanzt und über das dabei auftretende Fließen der durchgestanzten Materialbe- reiche miteinander verklemmt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens sowie der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von mehrerer, in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispie- len. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch und im Schnitt eine erste Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung;

Fig. 2 schematisch und im Schnitt eine zweite Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung;

Fig. 3 schematisch und im Schnitt eine dritte Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung; und

Fig. 4 schematisch und im Schnitt eine vierte Ausfuhrung der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Herstellung einer Durchsetzfugeverbindung.

In den Figuren sind identische Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben. Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung.

Die Vorrichtung weist einen Niederhalter 1, einen Stempel 2 und eine Matrize 3 auf. Der Niederhalter 1 ist zur Matrize 3 hin und von dieser weg bewegbar.

Zwischen der Matrize 3 und dem Niederhalter 1 sind zwei Lagen 4, 5 von Bauteilen angeordnet. Diese Lagen 4, 5 wer- den zwischen dem Niederhalter 1 und der Matrize 3 eingeklemmt. Der Stempel 2 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung mit einer Kraft F nach unten betätigt und treibt so einen schematisch dargestellten Stanzniet 6 durch die Lagen 4, 5 der Werkstucke zu deren Verbindung.

Der Niederhalter 1 ist emstuckig und zylindrisch ausgebildet und umgibt denn Stempel 2, so daß dieser axial gefuhrt ist.

Ein Kolben 7, der den Stempel 2 konzentrisch umschließt, ist in dem zylindrischen Gehäuse des Niederhalters 1 ebenfalls axial gefuhrt. Der Kolben 7 trennt dabei zwei Flus- sigkeitskammern 8 und 9, m denen jeweils eine elektro- rheologische Flüssigkeit 10 aufgenommen ist.

Ein zweiter Kolben 11, der um den Stempel 2 m dessen Längsrichtung frei beweglich ist, begrenzt die obere Flus- sigkeitskammer 9 und bildet so eine mit einem Gas gefüllte Ausgleichskammer 12 aus.

Der Kolben wird von einem ringförmigen Kanal 13 durchsetzt, der die beiden Flussigkeitskammern 8 und 9 miteinander verbindet, so daß die elektro-rheologische Flüssigkeit 10 zwischen diesen Flussigkeitskammern 8 und 9 flie- ßen kann. Die Kanalwande des Kanals 13 werden dabei von Hochspannungselektroden 14 und 15 gebildet, die durch nicht dargestellte, nicht leitende Stege voneinander beabstandet sind. Die Hochspannungselektroden 14 und 15 sind in dem Kolben 7 jeweils in Isolatoren 16 und 17 eingebettet.

Die Hochspannungselektrode 14 wird über eine Stromleitung 18, die in dem Inneren des Stempels 2 verlauft, mit dem notigen Strom versorgt.

Die Stromleitung 18 steht mit einer Steuereinrichtung 19 in Verbindung. Diese Steuereinrichtung 19 wird wiederum von einer Meßeinrichtung 20 über den Lagezustand des Stempels 2 informiert, so daß dessen lineare Bewegung hin- sichtlich der vorherrschenden Klemmkraft und der Eindring^¬ bzw. Fortbewegungsgeschwindigkeit des Stanzniets 6 kontrolliert werden kann.

Im Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung bewegt der Stempel 2 den Kolben innerhalb des Niederhalters 1 nach unten, so lange keine Hochspannung an den Hochspannungs- elektroden 14 und 15 angelegt ist, da zu diesem Zeitpunkt die Viskosität des elektro-rheologischen Flüssigkeit 10 ein ungehindertes Durchfließen durch den ringförmigen Kanal 13 in dem Kolben 7 zulaßt.

Kommt die Vorrichtung nun mit der oberen Lage 4 der beiden Lagen 4, 5 in Kontakt, wird innerhalb eines Millisekunden- Bereichs eine hohe Spannung an den Hochspannungselektrode 14 und 15 angelegt. Dadurch ändert sich schlagartig die Viskosität der elektro-rheologischen Flüssigkeit 10, so daß diese nicht mehr ausreichend fließfahig ist und demzufolge durch den ringförmigen Kanal 13 m dem Kolben 7 nicht mehr verdrangt werden kann. Dadurch wird die Kom- pression in der unteren Flussigkeitskammer 8 erhöht, so daß sich eine Kraft auf den Niederhalter 1 übertragt und dadurch die Klemmkraft auf die beiden Lagen 4, 5 in entsprechender Weise erhöht.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausfuhrung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der anstatt einer elektro-rheologischen Flüssigkeit eine magneto-rheologische Flüssigkeit 21 zur Verwendung kommt.

Die magneto-rheologische Flüssigkeit 21 wird über ein Magnetfeld angesteuert, um deren Viskosität gezielt zu beeinflussen. Dementsprechend kommen statt Hochspannungselektroden Magnetspulen zum Einsatz.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfuhrungsform sind eine Magnetspule 22 als der eine Pol und eine Magnetspule 23 als der andere Pol in der Wandung des Niederhalters 1, diesen vollständig umlaufend, integriert. Die Magnetspule 22 und 23 befinden sich dabei im wesentlichen auf der Hohe des Kolbens 7. Eine Stromleitung 24 versorgt die Magnetspulen 22 und 23 mit einem von der Steuereinrichtung 19 entsprechend zu variierenden Strom, ausgehend von dem auch das generierte Magnetfeld variiert und so die Viskosität der magneto-rheologischen Flüssigkeit 21 aktiv beeinflußt .

In der in Fig. 3 gezeigten Ausfuhrungsform befinden sich die Magnetspulen 22 und 23 innerhalb des Kolbens 7 angeordnet und bilden dort die Kanalwand aus, wobei dann die Stromleitung 24 wieder in dem Inneren des Stempels 2 gefuhrt verlegt ist.

Die erfindungsgemaßen Vorrichtungen, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, lassen sich auch für das Verfahren des Durchsetzfugens zur Anwendung bringen, bei dem die Lagen 4 und 5 ohne Verwendung eines Fugeelementes von dem Stempel 2 unmittelbar miteinander „verstanzt" werden. Fig. 4 zeigt diese exemplarisch für die bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Vorrichtung.

Gemäß der Erfindung läßt sich nun die Versorgung der Hochspannungselektroden 14 und 15 bzw. der Magnetspulen 22 und 23 mit Spannungen im Bereich weniger Millisekunden variieren, so daß sich auch zwangsläufig die durch den Niederhalter 1 ausgeübte Klemmkraft variieren läßt.

Bezugs zeichenliste :

1 Niederhalter

2 Stempel

3 Matrize

4, 5 Lagen an Bauteilen

6 Stanzniet

7 Kolben

8 Untere Flussigkeitskammer

9 Obere Flussigkeitskammer

10 Elektro-rheologische Flüssigkeit

11 2. Kolben

12 Ausgleichskämmer

13 Ringförmiger Kanal

14 Hochspannungselektrode

15 Hochspannungselektrode

16 Isolator

17 Isolator

18 Stromleitung

19 Steuereinrichtung

20 Meßeinrichtung

21 Magneto-rheologische Flüssigkeit

22 Magnetspule

23 Magnetspule

24 Stromleitung

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zwischen Lagen von Werkstucken mit einer Matrize und einem hohlzylindrischen Niederhalter, der die Lagen gegen die Matrize druckt, und mit einem in dem Niederhalter koaxial geführten und diesen durchsetzenden Stempel, der einen in dem Niederhalter axial geführten Kolben in fester Verbindung tragt, wobei der Kolben in dem Niederhalter zwei je mit einer Arbeitsflussigkeit gefüllte, durch jeweils einen Boden begrenzte, in sich abgeschlossene Flussigkeitskammern trennt, die durch einen in seiner Durchlässigkeit mittels einer Steuervorrichtung ein- stellbaren Kanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflussigkeit eine elektro-rheolo^¬ gische Flüssigkeit (10) ist und daß der Kanal (13) zu deren Fuhrung den Kolben (7) durchsetzt, wobei gegenüberliegende Kanalwande voneinander isolierte Hoch- spannungselektroden (14,15) bilden, die über eine in dem Stempel (2) axial geführte Zuleitung (18) von der Steuervorrichtung (19) mit einer elektrischen Spannung versorgt werden, die von der Steuervorrichtung (19) in Abhängigkeit von der Relativlage von Stempel (2) und Niederhalter (1) einstellbar ist und in Abhängigkeit von der Hohe der Spannung die Viskosität der elektro-rheologische Flüssigkeit (10) und damit deren Strömung durch den Kanal (13) beim Verschieben des Kolbens (7) gegenüber dem Niederhalter (1) ein- stellt.

2. Vorrichtung zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zwischen Lagen von Werkstucken mit einer Matrize und einem hohlzylindrischen Niederhal- ter, der die Lagen gegen die Matrize druckt, und mit einem in dem Niederhalter koaxial geführten und die- - lö ¬

sen durchsetzenden Stempel, der einen in dem Niederhalter axial geführten Kolben in fester Verbindung tragt, wobei der Kolben in dem Niederhalter zwei je mit einer Arbeitsflussigkeit gefüllte, durch jeweils einen Boden begrenzte, in sich abgeschlossene Flussigkeitskammern trennt, die durch einen in seiner Durchlässigkeit mittels einer Steuervorrichtung einstellbaren Kanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflussigkeit eine magneto-rheologische Flüssigkeit (21) ist und daß der Kanal (13) zu deren Fuhrung den Kolben (7) durchsetzt, wobei der Kanal (13) von einer Magnetspule (22,23) umschlossen ist, die über eine Zuleitung (24) von der Steuervorrichtung (19) mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, die von der Steuervorrichtung

(19) in Abhängigkeit von der Relativlage von Stempel

(2) und Niederhalter (1) einstellbar ist und in

Abhängigkeit von der Hohe der Spannung die Viskosität der magneto-rheologische Flüssigkeit (21) und damit deren Strömung durch den Kanal (13) beim Verschieben des Kolbens (2) gegenüber dem Niederhalter (1) einstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22,23) in dem zylindrischen Bereich des Niederhalters (1) angeordnet und die Zuleitung (24) von außen über die Wandung des Niederhalters (1) an die Magnetspule (22,23) gefuhrt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22,23) in dem Kolben (7) angeordnet und die Zuleitung (24) in dem Stempel (2) axial gefuhrt ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer formschlussigen Kaltfugeverbindung zwischen Lagen von Werkstucken, insbesondere mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem mindestens zwei Lagen von Werkstucken von einem über eine Arbeitsflussigkeit ansteuerbaren Niederhalter gegen die Matrize gedruckt werden und zwischen denen mittels eines in dem Niederhalter axial geführten Stempels eine formschlus- sige Kaltfügeverbindung ausgebildet wird, wobei wah^¬ rend des Kaltfugens eine von dem Niederhalter auf die zwei Lagen ausgeübte Klemmkraft variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation über eine gezielte Einstellung der Viskosität der Arbeitsflussigkeit (10,21) und damit von deren Stromungsverhal^¬ ten erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit von einem Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngroße, ins^¬ besondere wie der Beschleunigung und/oder der Geschwindigkeit des Stempels (2), erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (2) ein Fugeelement (6), insbesondere einen Stanzniet, in die Lagen (4,5) druckt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (2) mittels Durchsetzfugen die Lagen (4,5) miteinander verklemmt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempelweg und der in der Arbeitsflussigkeit vorherrschende Druck gemessen, mit einem abgespeicherten Verlauf für die Variation ver- glichen und dieser in Echtzeit abgerufen wird.

0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf in Abhängigkeit der Werkstuckeigenschaften der Lagen (4,5) und/oder des Fugeelements (6) festgelegt wird.