Matrize zum mechanischen Fügen

Abstract

 Eine Matrize für einen aus einem Stempel und einer Matrize bestehenden Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen flächig aufeinander liegender Bleche durch Umformung, mit einem Amboss (7) und Matrizensegmenten (2, 2a), die zusammen mit dem Amboss (7) einen Hohlraum ausbilden, in den hineingefügt wird, und die im Winkel quer, vorzugsweise orthogonal zur Hohlraumachse H gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert sind, und mit einer die Matrizensegmente (2, 2a) umgebenen Matrizenhülse (3), ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) die Mantelhülse (3) ist im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig, nach oben offen und an einem Grundkörper (1) befestigbar,
b) die Matrizensegmente (2, 2a) sind in sich parallel gegenüber liegenden Führungsschlitzen (8, 8'; 8a, 8a') in der Mantelhülse (3) lagerbar und führbar.
c) seitlich an den Matrizensegmenten (2, 2a) hervorstehende Führungsmittel (5, 5a; 9, 9a) zum formschlüssigen Eingriff in die Führungsschlitze (8, 8'; 8a, 8a').

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Matrize für einen aus einem Stempel und einer Matrize bestehenden Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen flächig aufeinander liegender Bleche durch Umformung, mit einem Amboss und Matrizensegmenten, die zusammen mit dem Amboss einen Hohlraum ausbilden, in den hineingefügt wird, und die im Winkel quer, vorzugsweise orthogonal zur Hohlraumachse gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert sind, und mit einer die Matrizensegmente umgebenen Matrizenhülse. Die Spreizbewegung erfolgt vorzugsweise orthogonal zur Hohlraumachse H, sie kann aber auch nach oben oder unten quergerichtet erfolgen.

[0002] Eine solche Matrize ist beispielsweise aus der EP 1 468 758 A1 bekannt. Um zwei aufeinander liegende Bleche durch Umformung zu verbinden, werden diese überlappt zwischen den Stempel und die Matrize gelegt. Der Stempel wird auf die Bleche herabgefahren und aufgedrückt und drückt das Material in die Matrize bzw. in den durch die Matrizensegmente und den Amboss gebildeten Hohlraum. Beim Umformen müssen sich die Matrizensegmente dann verschieben, um den Hohlraum zu vergrößern, damit das verdrängte Material aufgenommen werden kann.

[0003] Die bekannte Matrize ist rund ausgebildet. Der Amboss ist in die Matrizenhülse eingepresst. An dem Amboss liegen sechs kreissegmentförmig ausgebildete Matrizensegmente an, die jeweils radial außen über einen Fortsatz in radialen Umfangsschlitzen in der Matrizenhülse geführt sind. Um auf die Matrizensegmente in radialer Richtung eine Federvorspannung aufbringen zu können, sind diese über einen einzigen Federring (O-Ring) verbunden. Nach dem Fügen werden die Matrizensegmente mittels der Kraft des Federringes in ihre Ursprungslage zurückgezogen.

[0004] Die Matrizensegmente gleiten bei der Ausweichbewegung mit ihrer vollen Unterseite auf der ringförmigen Stützfläche des Ambosses. Um eine ausreichende Rückstellkraft aufbringen zu können, muss der Federring folglich entsprechend groß dimensioniert sein, was den Außenumfang der Matrize mitbestimmt. Kompliziert geformte Blechteile, die miteinander verbunden werden sollen, stellen an den Fügestellen teilweise nicht genügend Freiraum zur Verfügung, um eine runde Matrize einsetzen zu können. Zudem kann die bekannte Matrize nicht eingesetzt werden, wenn der Spreizweg der Matrizensegmente begrenzt werden muss.

[0005] Aus der EP 0 835 701 A2 ist eine Durchsetzfügematrize bekannt, die eine rechteckige Außenkontur aufweist. Der Amboss dieser Matrize ist an einem Grundkörper ausgebildet. Es sind zwei gegenüberliegend angeordnete Matrizensegmente vorgesehen. Auf den Grundkörper ist eine Matrizenhülse aufgesetzt, die über ihrem Umfang im Wesentlichen geschlossen ist und nach oben nur eine runde Ausnehmung aufweist, durch die der vorstehende Teil der Matrizensegmente hindurchragt. Die geschlossene Matrizenhülse führt die Matrizensegmente und sichert sie gegen Herausfallen. Die Rückstellkraft für die Federsegmente wird durch einstückig mit der Matrizenhülse ausgebildete Federlaschen aufgebracht, die durch doppelte Abkantungen ausgebildet werden. Damit die Federlaschen ihre Funktion erfüllen können, muss die gesamte Matrizenhülse aus Federstahl mit einer, wegen der Federwirkung nach oben begrenzten Federstahldicke ausgebildet werden. Dies hat den Nachteil, dass die Matrizenhülse nicht in der Lage ist, hohe Stützkräfte aufzunehmen, die notwendig sind, wenn die zu fügenden Bauteile an der Matrizenhülse anstoßen. Um zu vermeiden, dass in einem solchen Fall die Matrize zerstört wird und Bruchstücke umherfliegen, muss ein stabiler Matrizenschutz um die Matrize herumpositioniert werden, der die Arbeitsbreite, u. U. auch die Arbeitsdicke der Matrize vergrößert, so dass diese, wenn nur ein begrenzter Bauteilfreiraum zur Verfügung steht, dann ebenso wenig wie eine runde Matrize eingesetzt werden kann. Darüber hinaus hat diese Matrize den Nachteil, dass durch die umfangsseitig im Wesentlichen verschlossene Matrizenhülse die Reinigung erschwert wird und teilweise eine Reinigung nur durch zeitaufwändiges Zerlegen der Matrize möglich ist.

[0006] Von dieser Problemstellung ausgehend, soll die eingangs beschriebene Matrize so verbessert werden, dass sie bei gleich bleibender Stabilität kleiner ausgebildet werden kann, um auch an kompliziert erreichbaren Bauteilstellen eingesetzt werden zu können.

[0007] Zur Problemlösung zeichnet sich eine gattungsgemäße Matrize dadurch aus, dass

a) die Mantelhülse im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig, nach oben offen und am Grundkörper befestigbar ist,

b) die Matrizensegmente sind in sich parallel gegenüber liegenden Führungsschlitzen in der Mantelhülse lagerbar und führbar,

c) seitlich an den Matrizensegmenten hervorstehende Führungsmittel zum formschlüssigen Eingriff in die Führungsschlitze vorhanden sind.

[0008] Durch die rechteckige Ausgestaltung der Mantelhülse kann die Matrize in einer Orientierung (Richtung) sehr schmal ausgebildet werden. Weil die Matrizenelemente in sich parallel gegenüberliegenden Führungsschlitzen in der Mantelhülse gelagert und geführt sind, sind Berührungsflächen in den Lagerstellen klein, so dass nur geringe Reibungskräfte auftreten und somit entsprechend geringe Rückstellkräfte notwendig sind. Gleichzeitig sichern die Führungsschlitze die Matrizenelemente auch gegen Herausfallen. Die Mantelhülse kann also nach oben offen ausgebildet sein, so dass sich festsetzende Verschmutzungen leicht entfernt werden können.

[0009] Dadurch, dass die jedem Matrizensegment zugeordnete Feder ausschließlich die Federfunktion zu erfüllen hat, kann durch eine geeignete Werkstoff- und Werkstoffdickenauswahl die notwendige Federkraft vorgegeben werden.

[0010] Wenn nur zwei sich gegenüberliegende Matrizensegmente verwendet werden, kann die Außenkontur schmal gehalten werden.

[0011] Die Federn sind insbesondere vorzugsweise als Blattfedern ausgebildet, wodurch der Bauraum in Längsrichtung der Matrize klein gehalten werden kann. Die Federn werden vorzugsweise über in den Grundkörper einpressbare Bolzen befestigt. Mittels dieser Bolzen kann auch die Mantelhülse am Grundkörper befestigt werden.

[0012] Die Führung der Matrizensegmente in den Führungsschlitzen kann über je einen einpressbaren Bolzen erfolgen oder über Führungsnasen, die seitlich von den Matrizensegmenten abstehen.

[0013] Um die Führungsbolzen einpressen zu können, sind die Matrizensegmente an ihren seitlichen, äußeren Enden mit einer Durchgangsbohrung versehen.

[0014] Wenn der Werkstoff für die Mantelhülse von hoher Festigkeit ist, kann die Mantelhülse auch als Anschlag zur Spreizwegbegrenzung für die Matrizensegmente und/oder als zusätzliche Stütze für die aufliegenden Bauteile dienen.

[0015] Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend erläutert werden:

[0016] Es zeigt:

Figur 1

eine perspektivische Explosionsdarstellung der Matrize;

Figur 2

eine perspektivische Darstellung der Matrizensegmente bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

[0017] Die Matrize besteht im Wesentlichen aus dem Grundkörper 1 mit dem daran ausgebildeten Amboss 7, der Mantelhülse 3 und den beiden Matrizensegmenten 2, 2a. Die Matrizensegmente 2, 2a bilden zusammen mit dem Amboss 7 einen Hohlraum mit der Hohlraumachse H, zu der sie quer verschiebbar in der Mantelhülse 3 gelagert sind. Der Verschiebeweg kann orthogonal zur Hohlraumachse H sein oder in einem aufwärts bzw. abwärts gerichteten Winkel.

[0018] Im Grundkörper 4 sind zwei Blattfedern 4, 4a seitlich befestigt, die eine Vorspannkraft auf die Matrizensegmente 2, 2a ausüben und die Rückstellkraft aufbringen, um nach dem Fügen die Matrizensegmente 2, 2a in ihre Ausgangslage zurückzubringen. Die Matrizensegmente 2, 2a sind an ihren seitlichen, äußeren Enden mit je einer Durchgangsbohrung 10, 10a versehen, in die Bolzen 5, 5a eingesteckt werden können, die dann in den in der Mantelhülse 3 vorgesehenen Führungsschlitzen 8, 8'; 8a, 8a' formschlüssig aufgenommen werden, wodurch die die Spreizbewegung ausführenden Matrizensegmente geführt werden. Die Bolzen 5, 5a sichern zusammen mit den Führungsschlitzen 8, 8'; 8a, 8a' die Matrizensegmente 2, 2a gegen Herausfallen.

[0019] Die Mantelhülse 3 ist nur seitlich geschlossen. Oben und unten ist sie offen.

[0020] Die Blattfedern 4, 4a, die an der Rückseite der Matrizensegmente 2, 2a anliegen, werden über in den Grundkörper 1 einschlagbare Bolzen 6, 6a im Grundkörper 1 fixiert. Über die Bolzen 6, 6a wird gleichzeitig auch die Mantelhülse 3 am Grundkörper 1 befestigt. Wird die Werkstoffauswahl für die Mantelhülse 3 entsprechend hochwertig getroffen, kann die Innenwandung der Mantelhülse 3 als Spreizweg begrenzender Anschlag für die Matrizensegmente 2, 2a und/oder als zusätzliche Stütze für aufliegende Bauteile dienen.

[0021] Wie Figur 2 zeigt, können zur Führung der Matrizensegmente 2, 2a in den Führungsschlitzen 8, 8'; 8a, 8a' der Mantelhülse 3 den Matrizensegmenten 2, 2a auch seitlich hervorstehende Nasen 9, 9a ausgebildet sein, die einstückig mit den Matrizensegmenten 2, 2a ausgebildet sind. Auch ist es denkbar, anstelle einteilig ausgebildeter Nasen 9, 9a, vier Bolzen vorzusehen, die in entsprechende seitlich in den Matrizensegmenten 2, 2a vorgesehene Bohrungen eingesetzt, bzw. eingepresst werden.

Bezugszeichenliste:

[0022] 

1

Grundkörper

2

Matrizensegment

2a

Matrizensegment

3

Mantelhülse

4

Feder/Blattfeder

4a

Feder/Blattfeder

5

Bolzen

5a

Bolzen

6

Bolzen

6a

Bolzen

7

Amboss

8

Führungsschlitz

8a

Führungsschlitz

8'

Führungsschlitz

8a'

Führungsschlitz

9

Nase

9a

Nase

10

Durchgangsbohrung

10a

Durchgangsbohrung

H

Hohlraumachse

Ansprüche

1. Matrize für einen aus einem Stempel und einer Matrize bestehenden Werkzeugsatz zum mechanischen Fügen flächig aufeinander liegender Bleche durch Umformung, mit einem Amboss (7) und Matrizensegmenten (2, 2a), die zusammen mit dem Amboss (7) einen Hohlraum ausbilden, in den hineingefügt wird, und die im Winkel quer, vorzugsweise orthogonal zur Hohlraumachse H gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert sind, und mit einer die Matrizensegmente (2, 2a) umgebenen Matrizenhülse (3), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Mantelhülse (3) ist im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig, nach oben offen und an einem Grundkörper (1) befestigbar,

b) die Matrizensegmente (2, 2a) sind in sich parallel gegenüber liegenden Führungsschlitzen (8, 8'; 8a, 8a') in der Mantelhülse (3) lagerbar und führbar.

c) seitlich an den Matrizensegmenten (2, 2a) hervorstehende Führungsmittel (5, 5a; 9, 9a) zum formschlüssigen Eingriff in die Führungsschlitze (8, 8'; 8a, 8a').

2. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Matrizensegment (2, 2a) eine separate, im Grundkörper (1) gelagerte Feder (4, 4a) zugeordnet ist.

3. Matrize nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegend angeordnete Matrizensegmente (2, 2a) vorgesehen sind,

4. Matrize nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (4, 4a) Blattfedern sind.

5. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (4, 4a) mittels Bolzen (6, 6a) am Grundkörper (1) befestigbar sind.

6. Matrize nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bolzen (6, 6a) auch die Mantelhülse (3) am Grundkörper (1) befestigbar ist.

7. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel in die Matrizensegmente (2, 2a) einsetzbare Bolzen (5, 5a) sind.

8. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel seitliche, einstückig mit den Matrizensegmenten (2, 2a) ausgebildete Führungsnasen (9, 9a) sind.

9. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (7) an dem Grundkörper (1) ausgebildet ist,

10. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelhülse (3) als wegbegrenzender Anschlag für die Matrizensegmente (2, 2a) dient.

Zeichnung