CN103291718A - 压入式元件、预安装部件、部件组件及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压入式元件、预安装部件、部件组件及方法。除其它内容之外，本发明要求保护打入式元件，其具有较大横向尺寸的中空头部部分以及较小横向尺寸的中空轴部分，该轴部分远离头部部分的一个侧部伸出，其中环形金属片接触表面在头部部分的所述侧部处形成并环绕轴部分，其中在轴部分的外周边处的多个肋状物在轴向方向上从金属片接触表面沿着轴部分延伸，以接近于轴部分的自由端。还要求保护预安装部件、部件组件和方法。

Description

压入式元件、预安装部件、部件组件及方法
本发明涉及打入式元件(punch-in element)，其具有较大横向尺寸的中空头部部分以及较小横向尺寸的中空轴部分，该轴部分远离头部部分的一个侧部伸出，其中环形金属片接触表面在头部部分的所述侧部处形成并环绕轴部分，本发明涉及包括打入式元件和至少一个金属片零件的预安装部件，本发明涉及包括预安装部件和另外的金属片零件的部件组件(component assembly)，且本发明还涉及用于制造部件组件的方法。
该类型的打入式元件从EP-A-23022344已知。打入式元件预期用于打入到单一厚度金属片零件中，并在轴部分的外周边处设有多个肋状物，所述肋状物在轴向方向上沿着轴部分从金属片接触表面延伸经过轴部分的约一半长度。
此外，铆接元件从EP-A-1806508已知，其装备有具有肋状物的铆接部分，在纵向方向上延伸的所述肋状物提供抗旋转能力，所述肋状物延伸经过铆接部分的整个长度。然而，在一方面的压入式元件(press-in element)和另一方面的铆接元件之间的功能性元件或紧固元件的领域中具有严格的区别，且实际上因为压入式元件在附接到金属片零件时被非故意地变形，而铆接元件被有意地变形以形成铆接珠，该铆接珠对于由铆接元件和金属片零件组成的部件组件来说是重要的。这两类功能性元件或紧固元件的设计从而是基本上不同的。
另外的铆接元件从EP-A-2177776已知。该元件也预期用于附接到单一预穿孔的厚金属片零件。其轴部分具有厚壁的中空部分和在自由端处的薄的中空铆接部分。厚壁部分设有在纵向方向上延伸的肋状物，该肋状物延伸经过厚壁部分的整个长度，然而，铆接部分未设有肋状物。
上述元件中没有一个预期用于附接到第一金属片零件和第二金属片零件，或者被设计用于该附接。在实践中，应用首先在车身制造的领域中反复地出现，在该应用中，功能性元件必须附接到第一金属片零件和第二金属片零件，其中到第一金属片零件的附接在工厂中的一个位置处发生，而到第二金属片零件的附接在相同工厂中的不同位置处或在不同工厂中发生。第一金属片零件与所附接的功能性元件被宽松地在箱中频繁地从一个位置运输到另一个位置，并因此受到颠簸并被频繁地粗处理，这可能引起功能性元件在第一金属片零件中的松动，或甚至引起该两部分分开，使得其不再适合于附接到第二金属片零件或只能通过很大努力来使用。这是相当大的问题，尤其是在大量生产中。
用于这样的部件组件的实例是铰链到交通工具主体的门柱的附接。门柱一般由相对薄的金属片制成，特别是当其为交通工具的外皮的部分时。然后已知的是，将螺母元件附接到所谓的船形物，所谓的船形物由较厚的金属片零件形成，其在横截面上经常具有平缓弯曲的U形状，且其从内侧焊接到门柱以用于加强。在门铰链以及到门柱的附接的设计中，必须总是注意下列事实：例如150kg体重的相对重的人在爬进和爬出时可能将其自已抵着门框架支撑，由此相当大的杠杆力必须被门柱吸收，且不使其变形。
本发明的基本目的是提供打入式元件，其特别地预期用于附接到第一金属片零件和第二金属片零件，一方面，第一金属片的附接是安全的，使得不必担心元件从第一金属片零件的松动，且使得可以没有问题地实现到第二金属片零件的附接，而不必注意该元件的特殊定向。
此外，根据本发明，由元件和第一金属片零件组成的预安装单元以及由预安装单元和第二金属片零件组成的完成的部件组件应是可利用的，其可以被稳定地并以有利的价格制成，并且还提供用于该部件组件的相应的制造方法。
在这点上，应强调，当在这里谈到第一金属片零件和第二金属片零件时，该类型的金属片零件也可由几个层形成，其中一个金属片零件的多个层例如焊接到彼此或粘着地结合到彼此。通过实例的方式，第一金属片零件可由两个或多个焊接在一起的金属片零件组成，且第二金属片零件也可以是这样的。
为了满足该目的，最初指明的类型的打入式元件根据本发明来设置，所述打入式元件的特征在于，肋状物从环形金属片接触表面延伸直到接近于轴部分的自由端。
当阐述肋状物从环形金属片接触表面向上延伸直到接近于轴部分的自由端时，这意味着肋状物从环形金属片接触表面或接近于环形金属片接触表面延伸经过轴部分的总长度的至少80％。
在这方面，肋状物被优选地布置成围绕轴部分的外周边均匀地分布。
头部部分和轴部分二者都优选中空地制成，其中螺纹圆筒(threadcylinder)在头部部分和轴部分中形成。
可以在从属权利要求5中找到根据本发明的打入式元件的替换设计。
根据本发明的预安装单元包括至少一个第一预穿孔金属片零件，根据前述权利要求中至少一项所述的至少一个打入式元件以其自由端在前面的方式被按压如此远，使得轴部分的端部分伸出金属片零件，且使得纵向肋状物中的一些而非全部被全部或部分地从轴部分的端部分位移，且已经被重新定形为材料鼻状物(material nose)，即被修剪和压缩，其中材料鼻状物部分或全部地接合到金属片零件的材料中或者接触该金属片零件，由此金属片零件被夹持在鼻状物和金属片接触表面之间，且其余的未位移的纵向肋状物仍然存在于端部分处。
因此，通过材料鼻状物，打入式元件以形状配合或旋转地固定的方式(rotationally-secure manner)附接到第一金属片零件，且实际上使得出现连接，通过该连接，不再担心元件在第一金属片零件中松动或实际上不期望的分离。如将更详细地解释的，没有必要使预安装单元的制造必须遵守元件的特定旋转位置，也不必遵守使用的冲模母模的相应旋转位置。
该预安装单元然后可以用第二非预穿孔金属片部件来完成，以形成根据本发明的部件组件，其中端部分被自穿孔地引入到第二金属片零件中，同时在第二金属片零件中形成孔，由此仍然存在于端部分处的其余的未位移纵向肋状物以形状配合的方式接合在孔的边缘的凹槽中，该凹槽在压入预安装单元时出现。
因此，预安装单元也被旋转地固定地连接，并且由于高的孔摩擦力而也不会在自由端处被压出第二金属片零件。
这在围绕端部分的环形凹口被设置在第二金属片零件的远离第一金属片零件的侧部中时是特别地有利的。
以这种方式，增加了孔摩擦力，由此也增加了压出阻力。
在部件组件的制造期间，轴部分至少未在螺纹的区域中大幅地变形。
本发明的用于制造由金属片零件和上述类型并如权利要求1所述的打入式元件组成的预安装单元的方法被实施，使得金属片零件以相应于轴部分的直径的孔直径被预穿孔，其中金属片零件被支撑在具有通道的冲模母模上，该冲模母模具有围绕通道的至少交替的第一和第二区域，其中第一区域具有距打入式元件的中心纵向轴线的半径，该半径相应于轴部分的半径，且第二区域具有距打入式元件的中心纵向轴线的半径，该半径相应于纵向肋状物的外侧距打入式元件的中心纵向轴线的半径。
以这种方式，一些而非全部的纵向肋状物被重新成形为上述类型的材料鼻状物。在这方面，这些第一区域是否全部或部分地接合一个或两个纵向肋状物是不起任何作用的，因为在端部分处的其余的纵向肋状物，不管它们是全部还是部分地位移的纵向肋状物，对于旋转地固定的附接到第二金属片零件来说是充分的。似乎有不同数量的纵向肋状物和第一区域和/或不同角范围的纵向肋状物和第一区域，使得只有一些纵向肋状物或其部分被第一区域削掉。一般地，设置比纵向肋状物少的第一区域。
此外，本发明涉及用于制造由上述预安装部件和第二金属片零件组成的部件组件的方法，其中第二非预穿孔金属片零件被支撑在冲模母模上，该冲模母模具有中心通道和相应于打入式元件的轴部分的端部分的基本直径(base diameter)的直径，且具有围绕中心通道布置的环形鼻状物，由此，通过以端部分的端面在前面抵着第二金属片零件的远离冲模母模的侧部来按压预安装单元，端部分在冲模母模的帮助下在第二金属片零件中产生孔并产生穿孔块(piercing slug)，且环形鼻状物在第二金属片零件的远离头部部分的侧部中形成围绕端部分的环形凹口。
然而，遵守预安装部件或第二冲模母模的特别定向在这里也是没有必要的，因为在端部分处其余的纵向肋状物或纵向肋状物部分不与第二冲模母模接触，特别地由于在安装状态下，轴部分的自由端不伸出超过第二金属片零件的远离头部部分的侧部，而是优选地从第二金属片零件的远离头部部分的侧部缩回例如0.02mm。
现在将参考实施方式和附图来更详细地描述本发明，在附图中示出了：
图1A-1B是根据本发明的打入式元件的透视图，其中元件的外形是从两端清楚的；
图2A-2E是关于打入式元件如何被引入到第一金属片零件中以及由此形成的预安装单元看上去如何的图示，其中图2A示出了在具有位于其下方的冲模母模的预穿孔第一金属片零件之上的打入式元件，图2B示出了在沿着纵向方向部分地剖开的状态下的完成的预安装单元，图2C和2D示出了根据图2B的完成的预安装部件从两侧的透视图，且图2E示出了图2D的圆圈区域的放大表示；
图3A-3C示出了在透视图中(图3A)、在沿着纵向方向剖开的视图中(图3B)以及在端视图中(图3C)的在图2A中使用的冲模母模；
图4A-4B示出了根据本发明和图2B到2E的预安装部件在第二冲模母模的帮助下到第二部件的附接(图4A)，以用于形成根据本发明的部件组件(图4B)。
参考图1A和1B，打入式元件10显示为具有较大的横向尺寸D1的中空头部部分12和较小横向尺寸D2的中空轴部分14，该轴部分14远离头部部分12的一个侧部16伸出，其中环形金属片接触表面18在头部部分12的所指明侧部16处形成并环绕轴部分14。打入式元件10设有在轴部分14的外周边处的多个肋状物20，肋状物20在轴向方向上(在中心纵向轴线22的方向上)沿着轴部分14从金属片接触表面18延伸，直到接近于轴部分14的自由端24。D1例如约为D2的两倍大，而没有限制。
在这里，肋状物从所指明的侧部开始在轴部分14的整个长度上延伸。然而，这不是必须的，肋状物可以在轴部分的总长度L的至少80％上延伸，并且肋状物可以例如不具有限制地以距离轴部分14的端面24为0.1L的量结束，且以距离金属片接触表面18前面为0.1L的量结束。然而，优选的结构从图1A是明显的，其中纵向肋状物在径向地位于金属片接触表面18内部的轴向环形凹槽26处结束，其中材料积聚部28位于纵向肋状物之间且同样地被包含在轴向环形凹槽26中。这具有技术制造优势，因为纵向肋状物20可以由具有轴向环形凹槽的预加工毛坯的环形肩部通过冷锻制造，使得来自于纵向肋状物之间的区域的材料通过合适的工具削掉并产生材料积聚部28，如在本申请的另外的申请中所描述的。该设计具有优势，即没有除具有纵向肋状物20的轴部分之外的特征在金属片接触表面18之前存在，使得金属片接触表面可以接近于第一金属片零件的一侧来定位。
在这里，肋状物20被布置为以均匀的方式围绕轴部分14的外周边分布。然而，这不是必须的。
头部部分12和轴部分14在这里被制成中空的，且螺纹圆筒30既设置在头部部分12中又设置在轴部分14中。螺纹圆筒30设有螺纹进刀部32和螺纹退刀部34。
作为该方案的替换方案，打入式元件可以被设计成使得不具有螺纹的螺栓轴在头部部分的外侧处形成(未示出)。
如图2A到2E所示，打入式元件10被布置在第一金属片零件40处，以用于形成预安装单元42。在这一点上，前述打入式元件通过根据图2A以自由端在前面的方式被从上面按压到预穿孔金属片零件40中如此远，使得轴部分14的端部分44从金属片零件40伸出。在这一点上，纵向肋状物20中的一些而非全部在将在后面更详细地描述的冲模母模50的帮助下从轴部分14的端部分44全部或部分地位移，并且被重新成形为材料鼻状物52，即被修剪和镦锻，如从图2D和2E明显的。材料鼻状物52全部或部分地径向接合到金属片零件40的材料中，且实际上使得金属片零件40被限制在鼻状物和金属片接触表面18之间。如同样地从图2D和2E明显的，剩余的未削掉的纵向肋状物20仍然存在于端部分处。
因此，用于制造预安装单元的方法如下实施：第一金属片零件40，例如如上所述的船形物，首先以大体上相应于轴部分的直径D2的孔直径被预穿孔，即具有然而也可能略微小或略微大的半径D2/2。金属片零件40随后被支撑在如图3A到3C所示的具有通道60的冲模母模50上。通道60具有分别围绕其周边的至少第一和第二交替区域62和64，其中第一区域62具有距打入式元件10的中心纵向轴线22的半径D2/2，该半径D2/2相应于轴部分14的半径D2/2。第二区域64具有距打入式元件10的中心纵向轴线22的半径，该半径相应于纵向肋状物20的外侧距打入式元件10的中心纵向轴线22的半径Rr。
小区域62和较大区域34的总数目近似地相应于纵向肋状物20的总数目的一半，使得纵向肋状物20可以被区域62成对地削掉，而纵向肋状物的另外交替对与较大区域64对齐且未被削掉。打入式元件或冲模母模的特别定向不是必需的。即使由于不利的定向而使得具有较小半径的区域62应与例如三个纵向肋状物对齐，但是其将完全地削掉中心纵向肋状物和两个相邻的纵向肋状物20中的每个的部分，这不是坏事，因为在这里存在充足的材料鼻状物52和充足的纵向肋状物剩余物(全部或部分地)，以确保所需的抗旋转能力。
在该实施方式中，两个相邻的纵向肋状物20借助于冲模母模50被重新成形，因为对于沿着周边方向的下面的肋状物来说，冲模母模50具有切去部(区域64)，使得在该处的纵向肋状物20未被重新成形。对于该布置来说，不需要在旋转的方向上定向，因为在每种情况下，只有全部肋状物的一半受到影响。即使冲模母模偶然定向为使得从重新成形到非重新成形的过渡位于一个肋状物到两半个重新成形的肋状物的区域中，且出现一个完全地重新成形的肋状物。
然而，指定区域62或64的总数目和纵向肋状物的总数目之间的特定比率或选择区域62、64的相同角范围决不是必需的。只需要注意下面的事实：足够数量的材料鼻状物52和足够数量的剩余纵向肋状物或纵向肋状物部分保持在端部分44处以保证期望的抗旋转能力。
现在将参考图4A和4B来描述用于制造由上述预安装单元42和第二金属片零件70组成的部件组件70的方法。在这里，第二非预穿孔的金属片零件70在图4A中被支撑在第二冲模母模80上。第二冲模母模80具有中心通道82且还有围绕中心通道82布置的环形鼻状物84，中心通道82具有相应于D2、相应于打入式元件10的轴部分14的端部分44的基本直径D2。通过以端部分44的端部24在前面抵着第二金属片零件70的远离冲模母模80的侧部86来按压预安装单元42，在冲模母模80的帮助下，端部分44在第二金属片零件中生成孔88并且产生下落穿过冲模母模80的扩大区域87并被处理的穿孔块90。环形鼻状物84在第二金属片零件70的远离头部部分12的侧部94中产生围绕端部分44的环形凹口92。设置在第二金属片零件70的远离第一金属片零件40的侧部中的环形凹口92从而环绕端部分44。
在轴部分14的端部分44处的仍然保留的纵向肋状物20在孔88的侧壁中形成凹槽(不明显)，孔88通过与纵向肋状物的相应的形状配合来起作用以提供良好的抗旋转能力。这通过孔摩擦力来增加或补充，且孔摩擦力也作用为相当大的压出阻力。环形凹口92增加了孔摩擦力，并且还可以在小但也非常有效的程度上与轴部分14在其端部分44的区域中形成另外的形状配合接合，这进一步增加了压出阻力。然而，轴部分14至少在螺纹30的区域中未实质上变形。
该方法的结果是根据图4B由预安装单元42和第二金属片零件70组成的部件组件100。简单地通过实例的方式，第一金属片零件40可具有在从2.0到4mm或更大的范围内的厚度，而第二金属片零件可具有从0.6到1.8mm的厚度，其中这些值不被理解为是受限制的。
关于用于打入式元件的材料，可以考虑能够满足根据德国工业标准的强度等级8.8或更高的所有材料，而没有限制。

Claims (11)

1.一种打入式元件(10)，其具有较大横向尺寸(D1)的中空头部部分(12)和较小横向尺寸(D2)的中空轴部分(14)，所述轴部分(14)远离所述头部部分(12)的一个侧部(16)伸出，其中环形金属片接触表面(18)在所述头部部分(12)的所述侧部(16)处形成并环绕所述轴部分(14)，其中在所述轴部分(14)的外周边处的多个肋状物(20)在轴向方向(22)上从所述金属片接触表面(18)沿着所述轴部分(14)延伸，以接近于所述轴部分(14)的自由端(24)。
2.根据权利要求1所述的打入式元件，其特征在于，
所述肋状物(20)从所述侧部(16)开始在所述轴部分的总长度的至少80％上延伸。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的打入式元件，其特征在于，
所述肋状物(20)围绕所述轴部分(14)的外周边均匀地分布。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的打入式元件，其特征在于，
所述头部部分(12)且还有所述轴部分(14)二者都具有中空的设计，并且螺纹圆筒(30)在所述头部部分中和在所述轴部分中形成。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的打入式元件，其特征在于，
具有外螺纹的螺栓轴在所述头部部分的另一侧部处形成。
6.一种预安装部件，其包括至少一个预穿孔的金属片零件(40)，根据前述权利要求中至少一项所述的至少一个打入式元件(10)已经以其前端(24)在前面的方式被按压到所述轴部分(14)的端部分(44)伸出到所述金属片零件之外的程度；并且所述纵向肋状物(20)中的一部分而非全部纵向肋状物被全部或部分地从所述轴部分(14)的所述端部分(44)位移并重新成形为材料鼻状物(52)，即被修剪和压缩，其中所述材料鼻状物(52)全部或部分地径向接合到所述金属片零件(40)的材料中或者接触所述金属片零件，并且所述金属片零件(40)被夹持在所述鼻状物(52)和所述金属片接触表面(18)之间，且其中其余未位移的纵向肋状物(20)仍然存在于所述端部分(44)处。
7.一种部件组件，包括第二金属片零件(70)以及根据权利要求6所述的预安装部件(42)，其特征在于，
所述端部分(44)被以自穿孔的方式引入到所述第二金属片零件(70)中，同时孔(88)在所述第二金属片零件中形成，由此仍然存在于所述端部分(44)处的其余未位移的纵向肋状物(20)以形状配合的方式接合在孔边缘的凹槽中。
8.根据权利要求7所述的部件组件，其特征在于，
环形凹口(92)设置在所述第二金属片零件(70)的远离所述第一金属片零件(40)的侧部(86)中并环绕所述端部分(44)。
9.根据权利要求7或8中一项所述的部件组件，其特征在于，
在所述螺纹(30)的区域中，所述轴部分(14)至少是大体上未变形的。
10.一种用于制造预安装部件(42)的方法，所述预安装部件(42)由金属片零件(40)和打入式元件(10)组成，所述打入式元件(10)具有较大横向尺寸(D1)的中空头部部分(12)和较小横向尺寸(D2)的轴部分(14)，所述轴部分(14)远离所述头部部分的一个侧部(16)伸出，其中环形金属片接触表面(18)在所述头部部分(12)的所述侧部处形成并环绕所述轴部分，其中在所述轴部分(14)的外周边处的多个肋状物(20)在轴向方向(22)上从所述金属片接触表面(18)沿着所述轴部分延伸直到接近于所述轴部分(14)的自由端(24)，其中所述金属片零件以孔直径D2被预穿孔，所述孔直径D2相应于所述轴部分的直径D2；所述金属片零件支撑在具有通道(60)的冲模母模(50)上，所述冲模母模具有围绕所述通道(60)的至少交替的第一区域和第二区域(62、64)，其中所述第一区域(62)具有距所述打入式元件(10)的所述中心纵向轴线(22)的半径(R)，所述半径(R)相应于所述轴部分(14)的半径(D2/2)，且所述第二区域具有距所述打入式元件(10)的所述中心纵向轴线(22)的半径(Rr)，所述半径(Rr)相应于所述纵向肋状物(20)的外侧部距所述打入式元件(10)的所述中心纵向轴线(22)的半径(Rr)。
11.一种用于制造部件组件(100)的方法，所述部件组件(100)由第二金属片零件(70)以及根据权利要求(10)制造的预安装部件(42)组成，其中所述第二非预穿孔的金属片零件支撑在具有中心通道(82)的冲模母模(80)上，所述中心通道(82)具有相应于所述打入式元件(10)的所述轴部分(14)的所述端部分(44)的基本直径(D2)的直径(D2)，并具有围绕所述中心通道布置的环形鼻状物(84)，其中，通过以所述端部分(44)的所述自由端(24)在前面抵着所述第二金属片零件(70)的远离所述冲模母模(80)的侧部来按压所述预安装单元(42)，所述端部分(44)在所述冲模母模(80)的帮助下在所述第二金属片零件中产生孔和穿孔块(90)，且所述环形鼻状物(84)在所述第二金属片零件(70)的远离所述头部部分(12)的所述侧部(86)中形成围绕所述端部分(44)的环形凹口(92)。
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