Zur Verbesserung der Festigkeit der Fügepunkte wird eine Vorrichtung zum Durchsetzfügen von sich überlappenden Blechteilen mit einem Stempel und einem Amboß vorgeschlagen, an dem mindestens zwei Matrizenteile seitlich beweglich abgestützt sind, die eine Öffnung begrenzen, so daß sie bei einer Bewegung des Stempels in die Öffnung beim Verformen der Bleche seitlich ausweichen und so ein Fügepunkt gebildet wird, wobei die Matrizenteile durch Fugen getrennt sind, die nicht radial verlaufen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchsetzfügen von sich überlappenden Blechteilen mit einem Stempel und einem Amboß, an dem mindestens zwei Matrizenteile seitlich beweglich abgestützt sind, die eine Öffnung begrenzen, so daß sie bei einer Bewegung des Stempels in die Öffnung beim Verformen der Bleche seitlich ausweichen und so ein Fügepunkt gebildet wird.
Bei allen bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Durchsetzfügen besteht das Problem, daß eine möglichst starke Hinterschneidung des stempelseitigen Bleches an der amboßseitigen Außenkante des Fügepunktes erzielt werden muß, damit der Fügepunkt die erforderliche Festigkeit erreicht.
Die Vorrichtungen zum Durchsetzfügen gemäß dem Stand der Technik (beispielsweise U.S.-Patent 4 910 853) wiesen bisher einen Amboß auf, der einen nur wenig größeren Durchmesser als der Stempel besaß. Der Amboß war dabei von den in Bewegungsrichtung des Stempels länglich ausgebildeten Matrizenteilen umgeben, die während des Hinterfließvorgangs, durch den die Hinterschneidung gebildet wurde, vom Amboß abgespreizt wurden. Dadurch konnte das Material des Fügepunktes jedoch entlang der Außenseite des Ambosses nach unten fließen. Die Hinterschneidungen blieben somit verhältnismäßig klein und die Festigkeit des Fügepunktes unzureichend.
Um diesem Problem abzuhelfen, wurden im Stand der Technik bereits mehrstufige Durchsetzfügeverfahren vorgeschlagen, bei denen der Fügepunkt nach dem Durchsetzen nochmals gestaucht wurde. Dieses mehrstufige Durchsetzfügen ist jedoch nur mit einer sehr komplizierten Vorrichtung realisierbar und erfordert eine große Anzahl Arbeitsschritte.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Durchsetzfügen zu schaffen, die ohne zusätzlichen apparativen Aufwand bei der Fügevorrichtung und ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte eine bessere Festigkeit der Fügepunkte bewirkt.
Diese Aufgabe kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß die Matrizenteile durch Fugen getrennt sind, die nicht radial verlaufen. Gemäß dem Stand der Technik wurden stets radiale Fugen zwischen den Matrizenteilen vorgesehen. Beim Hinterfließvorgang müssen die Matrizenteile nach außen ausweichen. Dadurch entstehen Spalten zwischen den Matrizenteilen, in die das Material ausweichen konnte, so daß an diesen Stellen ein ordnungsgemäßer Hinterfließvorgang nicht stattfand und diese Bereiche nicht zur Festigkeit des Fügepunktes beitrugen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist es besonders bevorzugt, daß die Fugen schräg zu der Radialrichtung verlaufen.
Sofern die Öffnung der Matrize einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist es besonders bevorzugt, die Fugen dazu tangential anzuordnen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Öffnung der Matrize einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und die Fugen in Form von nach innen gekrümmten Bögen verlaufen, so daß sich die Öffnung wie eine Iris-Blende öffnen kann. Bei dieser Lösung entstehen überhaupt keine Spalten und damit ergibt sich ein über den ganzen Umfang des Fügepunktes gleichmäßiger Hinterfließvorgang. Die Hinterschneidung ist überall gleich stark und fest.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Zum Verständnis der erfindungsgemäßen Lösung mit der "irisblendenförmigen" Matrizenanordnung ist in den Figuren 1 bis 5 ebenfalls wieder der Stand der Technik dargestellt. Figur 1 zeigt eine derzeit übliche Matrizenanordnung, die aus vier durch radial verlaufende Fugen 300 getrennten Matrizenelementen 313, 314, 315, 316 besteht, die jeweils einen Viertelkreis bilden.
Figur 2 zeigt die gleiche Anordnung im geöffneten Zustand, d.h. am Ende des Hinterfließvorgangs, wenn durch das Fließen des Fügepunkts die Matrizenelemente 313, 314, 315, 316 maximal auseinandergetrieben sind.
Figur 3 zeigt einen Fügepunkt, der mit der Matrizenvorrichtung gemäß Figur 1 und 2 hergestellt ist, in Draufsicht. Es ist deutlich erkennbar, daß der Fügepunkt nicht vollständig rund ist, sondern an den Stellen, an denen die einzelnen Matrizenelemente 313 bis 316 aneinander stoßen, durch die Spalte 300 verursachte Ausnehmungen aufweist.
Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, führen diese Ausnehmungen zu einer erheblichen Verminderung der Festigkeit des Fügepunktes.
Die Figur 4 zeigt einen Schnitt durch den Fügepunkt der Figur 3 entlang der Linie A-A. Wie ersichtlich, ist dort die Hinterschneidung gut und der Fügepunkt scheint somit gute Festigkeitswerte aufzuweisen.
Schneidet man jedoch entlang der Linie B-B der Figur 3, wie dies in Figur 5 dargestellt ist, wobei der Schnitt also dann durch die durch die Spalte 300 gebildeten Ausnehmungen des Fügepunktes verläuft, so erkennt man aus Figur 5, daß hier fast keine Hinterschneidung gebildet worden ist. Diese Bereiche des Fügepunktes tragen somit nicht zur Festigkeit bei. Dem gemäß dem Stand der Technik hergestellten Fügepunkt fehlt daher ein erheblicher Teil der theoretisch erreichbaren maximalen Festigkeit.
Um diesem Übelstand abzuhelfen, lehrt die vorliegende Erfindung, die entsprechenden Spalte 300 nicht radial (in Fließrichtung des Hinterfließvorgangs) verlaufen zu lassen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Figur 6 dargestellt. Hierbei sind die Fugen 400 zwischen den einzelnen Matrizenelementen 413 bis 416 bogenförmig ausgebildet, so daß sich auch beim Auftreiben der Matrize durch den Hinterfließvorgang keine Spalten bilden können, da die einzelnen Matrizenelemente 413 bis 416 ohne Spaltenbildung auseinander wandern können, wie dies in Figur 7 dargestellt ist.
Da sich bei dieser erfindungsgemäßen Lösung keine Spalten zwischen den einzelnen Matrizenelementen bilden können, ist auch eine vereinfachte Anordnung gemäß Figur 8 mit nur zwei Matrizenelementen 414, 416 möglich. Selbstverständlich funktioniert diese Anordnung auch mit einer anderen Anzahl von Matrizenelementen. Bei mehr als fünf Matrizenelementen dürfte die Konstruktion jedoch zu aufwändig werden.
Figur 9 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Matrizen-Amboßanordnung für eine Matrizenform gemäß Figur 8. Der Amboß 412 ist hier ebenfalls breiter als die Maximalbreite des Fügepunktes ausgeführt. Die L-förmigen Matrizenelemente 414 und 416 sind an den Seitenflächen des Ambosses angebracht. Sie werden durch einen Federring 420 bewegbar und elastisch zurückfedernd in ihrer Position gehalten.
Durch die vorliegende Erfindung kann durch eine wenig aufwändige Abwandlung der Amboß-Matrizenanordnung eine erheblich bessere Festigkeit der Fügepunkte erzielt werden, ohne daß hierfür zusätzliche Arbeitsschritte beim Durchsetzfügevorgang erforderlich wären.