Matrize für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Matrize für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen flächig aufeinanderliegender Bleche durch Umformen mit mindestens einem Stempel und einer Matrize, die einen Hohlraum (2) begrenzt, in den hinein gefügt wird, die Matrize einen dem Stempel gegenüberliegenden Amboß (3) und an diesem angeordnete, den Hohlraum in Umfangsrichtung begrenzende Matrizensegmente (9) umfaßt, die beim Vorschub des Stempels in Richtung zum Amboß eine Ausweichbewegung quer zur Stempelvorschubrichtung ausführen, wozu die Matrizensegmente gegen eine Federvorspannung nach außen verschiebbar auf einer Stützfläche angeordnet sind und die Matrize umfänglich von einer Matrizenhülse (8) ummantelt ist, wobei die Matrizenhülse in Umfangsrichtung, einer Teilung in Matrizensegmente folgend, einzelne Segmentführungen (10) aufweist, die durch die Matrizenhülse erstreckende Führungsbahnen bilden, und in denen die Matrizensegmente (9) als mit einem Fortsatz (12) ausgebildete Gleitstücke nach außen verschiebbar fixiert geführt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Matrize für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Aus der EP 0 779 843 B1 ist ein Werkzeugsatz zum Herstellen von Fügestellen an plattenförmigen Teilen bekannt, der ein erstes oberes Werkzeugteil mit einem Stempel und ein zweites unteres Werkzeugteil mit einer runden Matrize aufweist. Die Matrize besitzt einen Amboß mit einem Amboßkörper, an dem, ein ringförmiges Element mit einer kopfseitigen Gleitfläche und einer bodenseitigen Anschlußfläche vorgesehen sind. Einzelne, den Amboß umgebende, ringabschnittförmige Matrizensegmente besitzen Ausnehmungen für ein konzentrisches, eine längsgerichtete Bewegung der Matrizensegmente erlaubendes Flanschen derselben an das ringförmige Element, wobei jedes Matrizensegment sich an der kopfseitigen Gleitfläche unter Federvorspannung verschiebbar abstützt, wozu eine elastische Einrichtung die Matrizensegmente an die seitliche Fläche des Ambosses anlegt.

[0003] Nachteilig dabei ist, daß die Matrizensegmente aufgrund ihres ungünstigen Verhältnisses von Bauhöhe zu radialer Erstreckung eher zum Kippen als zum radialen Gleiten neigen und dabei verkanten und dadurch verklemmen können. Die Abstützung der Matrizensegmente an dem Amboßkörper verkleinert sich bei der längsgerichteten Auswärtsbewegung, da die Matrizensegmente aus der Führung zumindest teilweise herauslaufen. Außerdem muß der Matrizengrundkörper im Amboßbereich hinterschnitten werden, um die Matrizensegmente gegen axiales Verschieben zu sichern. Eine erhöhte Bruchgefahr des Matrizengrundkörpers ist die Folge. Die Standzeiten einer solchen Matrize sind deshalb niedrig. Ferner verlangt das ringförmige Element an dem Amboßkörper eine vergrößerte Bauhöhe, wodurch die Zugänglichkeit zu Fügestellen in schachtartigen Bauteilen stark beschränkt wird.

[0004] Aus der WO 01/36124 A2 ist ein gattungsgemäßer Werkzeugsatz zum Herstellen von Fügestellen an plattenförmigen Teilen bekannt, der eine Rundmatrize umfaßt. Einzelne, den Amboß umgebende, ringabschnittförmige Matrizensegmente sind gegen eine Federvorspannung nach außen verschiebbar auf einer Stützfläche angeordnet. Die radiale Verschiebbarkeit der Matrizensegmente nach außen wird dabei begrenzt durch einen die Stützfläche ummantelnden Anschlag, der von einer Matrizenhülse gebildet wird. Der Anschlag dient femer dazu, eine axiale Bewegung der Matrizensegmente bei ihrer Verschiebung nach außen zu verhindern, wozu dieser vorspringende Führungen aufweist, die in Hinterschneidungen der Matrizensegmente eingreifen. Nachteilig dabei ist wieder, daß die Matrizensegmente gegenüber den vorspringenden Führungen verkanten und dadurch verklemmen können.

[0005] Weiterhin ist aus DE 694 08 080 T2 ein gattungsgemäßer Werkzeugsatz zum Herstellen von Fügestellen an plattenförmigen Teilen bekannt, der eine Rundmatrize umfaßt. Die Matrize weist vier Matrizensegmente auf, die von einem Gehäuse umgeben sind. Das Gehäuse ist mit Langlöchern ausgestattet, wobei zwischen jeweils zwei Langlöchern Zapfen sich in das Innere des Gehäuses erstrecken. Diese Zapfen greifen in Nuten, die an den Matrizensegmenten ausgebildet sind. Bei einer Auswärtsbewegung der Matrizensegmente gegen eine Federvorspannung sind Kanten der Matrizensegmente in die Langlöcher des Matrizengehäuses verfahrbar, wobei die in die Matrizensegmente eingreifenden Zapfen einer Drehbewegung der Matrizensegmente entgegenwirken.

[0006] Nachteilig ist hier, daß die Matrizensegmente gegenüber den Langlöchern verkanten können, da die Verschiebung gegen einen Anschlag erfolgt, wobei die Matrizensegmente eine Führung allein durch einseitig angreifende Zapfen erhalten.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Matrize für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine hohe Standzeit besitzt und dabei kompakt gebaut ist.

[0008] Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

[0009] Hierdurch wird eine Matrize für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen geschaffen, die den Matrizensegmenten jeweils eine Führungsbahn in der Matrizenhülse zuordnet. Die Matrizensegmente stützen sich bei ihrer radial zum Amboß gerichteten Verschiebung auf einer Stützfläche des Matrizengrundkörpers ab, und erhalten eine zusätzliche direkte Führung durch die Matrizensegmentabschnitte, die in die Matrizenhülse gleitbeweglich eingreifen. Eine solche Matrize ist hinsichtlich Matrizenhöhe und Matrizendurchmesser kompakt gebaut und weist verbesserte Führungseigenschaften für die verschiebbaren Matrizensegmente auf.

[0010] Die Matrizenhülse besitzt dazu vorzugsweise die Matrizenhülsenwand vollständig durchdringende Durchbrüche, in die die Matrizensegmente mit jeweils einem Fortsatz eingreifen. Der radiale Verschiebeweg der Matrizensegmente liegt innerhalb der Segmentführungen und führt somit zu keiner erhöhten Ausdehnung des Werkzeugs in radialer Richtung. Vorteilhaft ist darüberhinaus, daß Schmutz aus der Matrize ausgetragen werden kann, wodurch deren Standzeiten weiter verbessert werden.

[0011] Die Segmentführungen in der Matrizenhülse bilden geschlossene Führungen, die ein Gleiten der Matrizensegmente radial zum Amboß erlauben und zugleich ein axiales Verschieben derselben begrenzen. Die im Stand der Technik erforderlichen Hinterschneidungen an den Matrizensegmenten zur Sicherung derselben gegen axiales Verschieben von der Stützfläche können entfallen. Die Matrizensegmente und somit die gesamte Matrize kann folglich eine geringere axiale Bauhöhe besitzen. Das im Vergleich zum Stand der Technik verringerte Verhältnis von axialer zu radialer Erstreckung der Matrizensegmente führt dabei zugleich zu einer größeren Stabilität gegen Kippung während des radialen Verschiebens.

[0012] Bevorzugt ist die Matrize rund ausgebildet und besitzt eine Matrizenhülse mit in Umfangsrichtung sich erstreckende und auf einer Höhenlinie gegenüber der Stützfläche angeordnete Führungsbahnen. Die Matrizensegmente sind dann vorzugsweise als Ringteilstücke ausgebildet, wobei vorzugsweise mindestens drei Matrizensegmente vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind vier bis sechs Matrizensegmente vorgesehen, um eine möglichst geringe räumliche Ausdehnung von Trennfugen zwischen den Matrizensegmenten im gespreizten Zustand zu erreichen.

[0013] Bevorzugt wird die Federvorspannung durch einen elastischen Ring, der insbesondere eine Metallfeder sein kann, ausgeübt. Für eine sichere Aufnahme des elastischen Ringes können die Matrizensegmente jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut aufweisen.

[0014] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0015] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Matrize zum mechanischen Fügen,

Fig. 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Matrize gemäß Fig. 1 mit ungespreizten Matrizensegmenten,

Fig. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht der Matrize gemäß Fig. 2,

Fig. 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Matrize gemäß Fig. 2 und 3 seitlich von vorn,

Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt der Matrize gemäß Fig. 1,

Fig. 6 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Matrize zum mechanischen Fügen,

Fig. 7 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Matrize zum mechanischen Fügen.

[0016] Die Fig. 1 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Matrize 1 für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen flächig aufeinanderliegender Bleche durch Umformen mit mindestens einem Stempel (nicht dargestellt) und einer Matrize 1. Die Matrize 1 begrenzt einen Hohlraum 2 (vgl. Fig. 4) in den hinein gefügt wird. Die Matrize 1 umfaßt dazu einen Amboß 3 mit einer kopfseitigen Amboßfläche, gegen die der Stempel verfahrbar ist. An dem Amboß 3 sind einzelne den Hohlraum 2 in Umfangsrichtung begrenzende Matrizensegmente 9 vorgesehen, die beim Vorschub des Stempels in Richtung zum Amboß 3 eine Ausweichbewegung quer zu einer axialen Erstreckung des Ambosses 3 und damit quer zur Stempelvorschubrichtung ausführen. Die Matrize 1 umfaßt dazu vorzugsweise einen als geraden Kreiszylinder ausgebildeten Amboß 3, der an einem Matrizengrundkörper 7 ausgebildet ist.

[0017] An dem Matrizengrundkörper 7 ist konzentrisch zum Amboß 3 eine ebene Stützfläche 4 vorgesehen, gegenüber der der Amboß 3 mit einer wählbaren Höhe vorsteht, und die eine Gleitfläche bildet für die Matrizensegmente 9. Die Stützfläche 4 ist vorzugsweise senkrecht zu einer Außenmantelfläche des Ambosses 3 angeordnet. Die Stützfläche 4 ist vorzugsweise an dem Matrizengrundkörper 7 mit einem im Zentrum angeordneten Amboß 3 vorgesehen.

[0018] Auf der Stützfläche 4 sind mehrere Matrizensegmente 9 angeordnet, die beim Vorschub des Stempels in Richtung zum Amboß 3 eine Ausweichbewegung quer zur Stempelvorschubrichtung ausführen, wozu die Matrizensegmente 9 gegen eine Federvorspannung nach außen verschiebbar sind. Nach einem Spreizen der Matrizensegmente 9 schließt sich die Matrize 1 dann wieder selbständig.

[0019] Die Federvorspannung erfolgt mittels eines Federelementes 5, das die Matrizensegmente 9 umgreift, wozu diese jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende ringförmige Nut 6 aufweisen, die das eine Federkraft ausübende Federelement 5 aufnimt. Als Federelement 5 bevorzugt ist eine Ringfeder. Gegen die in Richtung des Ambosses 3 wirkende Federkraft des Federelementes 5 sind die Matrizensegmente 9 nach außen verschiebbar.

[0020] Die Matrize 1 umfaßt weiterhin eine Matrizenhülse 8, die den Matrizengrundkörper 7 umfänglich ummantelt. Die Matrizenhülse 8 weist in Umfangsrichtung, einer Teilung in Matrizensegmente 9 folgend, einzelne Segmentführungen 10 auf, die durch die Matrizenhülse 8 erstreckende Führungsbahnen 11 bilden und in denen die Matrizensegmente 9 als mit einem Fortsatz 12 ausgebildete Gleitstücke nach außen verschiebbar fixiert geführt sind.

[0021] Die Matrizensegmente 9, die entsprechend einer Teilung als Ringteilstücke ausgebildet sind, weisen jeweils eine innere gekrümmte Ringteilfläche 13 auf, die dem Amboß 3 zugewandt ist und im nicht gespreizten Zustand mit der Außenmantelfläche des Ambosses 3 in Anlage ist. Die Ringteilflächen 13 begrenzen den Hohlraum 2 am Amboß 3 und sind ausgebildet an einem dem Amboß 3 zugewandten Kopfstück 15 des Matrizensegmentes 9, an dem auch die Nut 6 für das Federelement 5 vorgesehen ist. Von dem Kopfstück 15 erstreckt sich der jeweilige Fortsatz 12 eines Matrizensegmentes 9. Während das Kopfstück 15 mit tortenstückartigen, also radial zum Amboß 3 verlaufenden, gegenüberliegenden seitlichen Randflächen 16 ausgebildet ist, besitzt der Fortsatz 12 parallel zum Amboßradius laufende, gegenüberliegende seitliche Randflächen 17, die bezogen auf die Umfangslinie der Stützfläche 4 auf Sekantenabschnitten liegen.

[0022] Jedes Matrizensegment 9 aus Kopfstück 15 und Fortsatz 12 besitzt vorzugsweise eine ebene Bodenfläche 14 (vgl. Fig. 5), mit der das Matrizensegment 9 gleitverschieblich auf der Stützfläche 4 aufliegt und mit einem dem Amboß 3 abgewandten Fortsatz 12 in jeweils eine Segmentführung 10 hineinragt. Für einen Führungseingriff eines Matrizensegmentes 9 in der Matrizenhülse 8 greift der Fortsatz 12 des Matrizensegmentes 9 als Gleitstück in eine als geschlossene Führung ausgebildete Segmentführung 10 ein. Die Segmentführungen 10 durchdringen die Matrizenhülse 8 vollständig. Die Führungsbahnen 11 der Segmentführungen 10 und die Begrenzungsflächen der Fortsätze 12 sind nach Art von Gleitführungen aneinander angepaßt. Die Fortsätze 12 umfassen dazu neben der Bodenfläche 14 eine der Bodenfläche 14 gegenüberliegende oberseitige Führungsfläche 18. Die der Bodenfläche 14 eines Matrizensegmentes 9 zugewandte Fläche der Führungsbahn 11 bleibt vorzugsweise außer Eingriff mit dem Matrizensegment 9. Die Gleitbewegung des Matrizensegmentes 9 mit seiner Bodenfläche 14 von der Stützfläche 4 in die Matrizenhülse 8 erfolgt dann zuverlässig auf der Stützfläche 4.

[0023] In dem in Fig. 5 dargestellten geschlossenen Zustand der Matrize 1 ragen die Fortsätze 12 der Matrizensegmente 9 mit einem Endstück bereits in die zugehörige Segmentführung 10, wodurch ein jedes Matrizensegment 9 in dieser Grundstellung fixiert geführt ist. Ein axiales Verschieben der Matrizensegmente 9 bei einem Auswärtsgleiten derselben wird damit von Anbeginn eng begrenzt. Die radiale Länge des Fortsatzes 12 gegenüber dem Kopfstück 15 ist ferner derart gewählt, daß die beweglichen Matrizensegmente 9 beim Spreizen durch die Matrizenhülse 8 nicht wegbegrenzt werden. Die Matrizensegmente 9 werden lediglich gegen die Federvorspannung des Federelementes 5 radial verschoben, das selbst mit Abstand zur Matrizenhülse 8 angordnet ist und deshalb auch keine Wegbegrenzung durch die Matrizenhülse 8 erfährt.

[0024] In einem zweiten, in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Matrize 1 ist ein Schnellwechselverschluß für eine Befestigung der vorstehend beschriebenen Matrize an einem Matrizenhalter 19 dargestellt. Vorgesehen dazu ist ein an dem Matrizenhalter 19 radial zur Matrizenhülse 8 angeordneter federnder Stift 20, der in eine radiale Bohrung 21 der Matrizenhülse 8 eingreifen kann. Es sind dann keine zu lösenden Schrauben erforderlich. Im übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel hier entsprechend.

[0025] Gemäß einer nicht dargestellten Abwandlung einer solchen Befestigung kann vorgesehen sein, daß statt des federnden Stiftes ein Gewindestift mit Zapfen vorgesehen ist, der vorzugsweise mittels eines Innensechskantschlüssels radial verlagerbar ist, wodurch der Zapfen mit der radialen Bohrung der Matrizenhülse ein- bzw. ausgekoppelt wird.

[0026] Fig. 7 zeigt eine vorbeschriebene Matrize 1 mit einer alternativen Befestigung. Am Matrizengrundkörper ist hier ein Exzenterzapfen 22 mit einem Innengewinde vorgesehen, der eine Exzentrizität zwischen Matrizenmitte und Zapfenmitte besitzt, in eine Bohrung 23 eines Matrizenhalters 19 einsetzbar und dort mit einer Befestigungsschraube 24 arretierbar ist. Gegenüber einem Verdrehen um die Exzenterachse wird die Matrize 1 gesichert mittels Verdrehsicherungsstegen 25. Im übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel hier entsprechend.

[0027] Der in den Ausführungsbeispielen beschriebene runde Amboß 3 kann in Abwandlung der Ausführungsbeispiele alternative Formen besitzen.

Ansprüche

1. Matrize für einen Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen flächig aufeinanderliegender Bleche durch Umformen mit mindestens einem Stempel und einer Matrize, die einen Hohlraum (2) begrenzt, in den hinein gefügt wird, die Matrize einen dem Stempel gegenüberliegenden Amboß (3) und an diesem angeordnete, den Hohlraum (2) in Umfangsrichtung begrenzende Matrizensegmente (9) umfaßt, die beim Vorschub des Stempels in Richtung zum Amboß (3) eine Ausweichbewegung quer zur Stempelvorschubrichtung ausführen, wozu die Matrizensegmente (9) gegen eine Federvorspannung nach außen verschiebbar auf einer Stützfläche (4) angeordnet sind und die Matrize umfänglich von einer Matrizenhülse (8) ummantelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizenhülse (8) in Umfangsrichtung, einer Teilung in Matrizensegmente (9) folgend, einzelne Segmentführungen (10) aufweist, die durch die Matrizenhülse (8) erstreckende Führungsbahnen (11) bilden, und in denen die Matrizensegmente (9) als mit einem Fortsatz (12) ausgebildete Gleitstücke nach außen verschiebbar fixiert geführt sind.

2. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese rund ausgebildet ist und die nach außen sich erstreckenden Führungsbahnen (11) der Segmentführungen (10) von Ausschnitten gebildet sind.

3. Matrize nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Matrizensegmente (9) vorgesehen sind, die als Ringteilstücke ausgebildet sind.

4. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (12) der Matrizensegmente (9) Seitenflächen (17) besitzen, die entlang von Sekantenlinien der Stützfläche (4) sich erstrecken.

5. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (4) von einem Matrizengrundkörper (7) mit einem im Zentrum angeordneten Amboß (3) gebildet ist.

6. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizensegmente (9) jeweils eine radiale Erstreckung besitzen, die länger ist als eine radiale Erstreckung der Stützfläche (4).

7. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Matrizensegmente (9) geometrisch gleich ausgebildet sind.

8. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizensegmente (9) mit einem kreissegmentförmigen Kopfstück (15) ausgebildet sind.

9. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Federvorspannung ein ringförmiges Federelement (5) vorgesehen ist, das die Matrizensegmente (9) umfangsseitig umgibt.

10. Matrize nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizensegmente (9) jeweils eine rückseitige, in Umfangsrichtung verlaufende Nut (6) aufweisen, die eine Ringnut ergeben, in die das ringförmige Federelement (5) einlegbar ist.

11. Matrize nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Federelement (5) als Ringfeder ausgebildet ist.

12. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizenhülse (8) mit einer vorbestimmbaren Dicke zum Amboß angeordnet ist, die eine Spreizwegführungslänge für die Matrizensegmente (9) bildet.

13. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (3) zylinderförmig ist.

14. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Matrize an einem Matrizenhalter (19) die Matrizenhülse (8) eine Bohrung (21) für einen Eingriff eines am Matrizenhalter (19) vorgesehenen und federnden ausgebildeten Stiftes (20) aufweist.

15. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Matrize an einem Matrizenhalter die Matrizenhülse eine radiale Bohrung aufweist für einen Eingriff eines am Matrizenhalter vorgesehenen und radial zur Matrizenhülse verlagerbaren Gewindestiftes mit Zapfen.

16. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Matrize an einem Matrizenhalter (19) mittels Klemmverbindung bodenseitig an dem Matrizengrundkörper (7) ein Exzenterzapfen (22) vorsteht, der in eine Bohrung (23) des Matrizenhalters (19) einsetzbar und dort arretierbar ist, wobei Verdrehsicherungsstege (25) die Matrize randseitig fixieren.

Zeichnung