DE10118149A1 - Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements an ein Bauteil sowie dazugehöriges Werkzeug - Google Patents
Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements an ein Bauteil sowie dazugehöriges WerkzeugInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements an ein Blechteil, wobei das Funktionselement einen eine ringförmige Auflagefläche aufweisenden Kopfteil und einen rohrförmigen, auf der Seite der Auflagefläche des Kopfteils vorgesehenen, vom Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt aufweist und gegebenenfalls Verdrehsicherungsmerkmale, wie beispielsweise Verdrehsicherungsvertiefungen bzw. -nasen, die im Bereich der Auflagefläche und/oder im Bereich des Überganges der Auflagefläche in den Nietabschnitt an diesem vorgesehen sind, zeichnet sich dadurch aus, daß das Funktionselement selbstanzend und mit einem abgewandelten Klemmlochnietverfahren am Blechteil angebracht wird. Außerdem wird ein Werkzeugsatz beansprucht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen eines
Funktionselements an ein Blechteil, wobei das Funktionselement einen
eine ringförmige Auflagefläche aufweisenden Kopfteil und einen rohrförmi
gen, auf der Seite der Auflagefläche des Kopfteils vorgesehenen, vom
Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt aufweist und gegebenenfalls
Verdrehsicherungsmerkmale, wie beispielsweise Verdrehsicherungsver
tiefungen bzw. -nasen, die im Bereich der Auflagefläche und/oder im Be
reich des Überganges der Auflagefläche in den Nietabschnitt an diesem
vorgesehen sind.
Weiterhin befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einem Werkzeug zum
Anbringen eines entsprechenden Funktionselements.
Ein Funktionselement der eingangs genannten Art ist im europäischen
Patent 0 539 793 gezeigt und wird nach dem dort beschriebenen Verfah
ren an ein oder mehrere Blechteile gleichzeitig angebracht entsprechend
dem sogenannten Klemmlochnietverfahren, das ebenfalls im europäischen
Patent 0 539 793 beschrieben ist. Bei dem Klemmlochnietverfahren wird
das Blechteil in einem ersten Arbeitsschritt vorgelocht und in einen im all
gemeinen domförmigen oder konusförmigen Abschnitt gezogen, der das
Loch umgibt und dabei plastisch verformt. Anschließend wird der rohr
förmige Nietabschnitt durch das Loch im Blechteil eingesetzt, und zwar
von der Seite der domförmigen Erhöhung. Danach wird in einem weiteren
Schritt das Funktionselement gegen das Blechteil gepreßt, so daß der
domförmige Abschnitt des Blechteils in eine im allgemeinen ebene Form
verformt wird oder wenigstens in der Höhe verkürzt wird, und es wird
gleichzeitig das freie Ende des rohrförmigen Nietabschnitts radial nach
außen verformt, wodurch eine sehr feste formschlüssige Verbindung zwi
schen dem Funktionselement und dem Blechteil erzeugt wird. Bei diesem
Anbringungsverfahren wird sowohl des Blechmaterial als auch der Nietab
schnitt des Funktionselements verformt. Dabei wird das vorgefertigte Loch
im domförmigen Abschnitt so bemessen, daß es geringfügig größer ist als
der Außendurchmesser des rohrförmigen Nietabschnitts des Funktionse
lements. Durch die Flachpressung des domförmigen Abschnitts wird der
Durchmesser des Lochs aber so verkleinert, daß das Material um den
Nietabschnitt herum eine plastische Verformung erfährt und nach der
Anbringung des Funktionselements bleibt im Blechteil um den umgebör
delten Nietabschnitt des Funktionselements eine erhöhte kompressive
Spannung, die zum Teil für den festen Sitz des Funktionselements im
Blechteil verantwortlich ist. Das Klemmlochnietverfahren ist in der Praxis
erfolgreich, aber dennoch etwas kompliziert und aufwendig in der prakti
schen Anwendung. Wie oben zum Ausdruck gebracht, wird das Funktion
selement von der Seite der domförmigen Erhöhung des Blechteils in dieses
eingebracht und dies bedeutet, daß eine relativ genaue Ausrichtung des
Funktionselements und des sich in der domförmigen Erhöhung befindli
chen Lochs erforderlich ist, um eine hochwertige Verbindung zustande zu
bringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Werk
zeug zum Anbringen eines Funktionselements der eingangs genannten Art
an ein Blechteil vorzusehen, das einerseits weniger aufwendig gestaltet ist,
andererseits aber eine intensive plastische Verformung des Blechteils be
deutet, wodurch eine besonders hochwertige Anbringung des Funktionse
lements am Blechteil möglich ist und das so erzeugte Zusammenbauteil
einen ausgezeichneten Widerstand gegen Auszieh- und Auspreßkräfte so
wie gegebenenfalls gegen Verdrehung aufweist.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird nach einer ersten Variante der Erfindung
das Verfahren zur Anbringung des Funktionselements an ein Blechteil so
gestaltet, daß das Blechteil auf einer Lochmatrize abgestützt wird, die eine
Bohrung aufweist, deren Durchmesser zumindest im wesentlichen dem
Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder etwas größer als
dieser ist, wobei die Bohrung in die dem Blechteil zugewandten Stirnseite
der Lochmatrize mündet und über eine zur Längsachse der Matrize
schräggestellten Ringfläche in eine gegenüber der Mündung der Bohrung
zurückversetzte, ringförmige Auflagefläche der Lochmatrize übergeht, daß
das Funktionselement auf das auf der Lochmatrize abgestützte Blechteil
gedrückt wird, um mittels des selbststanzend ausgebildeten Nietab
schnitts einen Stanzbutzen aus dem Blechteil herauszustanzen und über
die schräggestellte Ringfläche der Lochmatrize eine konusförmige Erhö
hung im Blechteil zu erzeugen, die das durch das Herausstanzen des
Stanzbutzens erzeugte Stanzloch umgibt, daß das Blechteil mit dem
Funktionselement, dessen Nietabschnitt sich im Stanzloch befindet, an
schließend an eine Nietmatrize gedrückt wird, die koaxial zur Längsachse
des Funktionselements an ihrer dem Blechteil zugewandten Stirnseite ei
nen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung aufweist,
der das Blechteil in vollständige Anlage an die Auflagefläche des Funkti
onselements bringt, so daß das Blechteil um das Stanzloch herum zwischen
dem umgebördelten Nietabschnitt und der Auflagefläche des Funk
tionselements formschlüssig eingeklemmt wird.
Mit anderen Worten wird das Funktionselement selbststanzend in das
Blechteil eingebracht, wodurch durch eine besondere Formgebung der
Lochmatrize und der anschließend verwendeten Nietmatrize eine intensive
und ausreichende plastische Verformung des Blechteils erreicht wird, so
daß eine hochwertige Verbindung zwischen dem Funktionselement und
dem Blechteil entsteht. Dadurch, daß das Funktionselement selbststan
zend in das Blechteil eingebracht wird, ist die genaue Ausrichtung des
Blechteils mit den Werkzeugen wesentlich weniger kritisch, da der Nietab
schnitt des Funktionselements in einem ebenen Bereich des Blechteils
selbst das Loch stanzt. Es muß zwar eine ausreichende Ausrichtung des
Funktionselements mit der Lochmatrize sichergestellt werden, dies ist
aber in der Praxis unkritisch, da man bei der Blechverarbeitung gewohnt
ist, mit Stanz- bzw. Setzköpfen und Matrizen zu arbeiten, die miteinander
ausgerichtet sind.
Dadurch, daß das Element selbststanzend in das Blechteil eingebracht
wird, liegt das Blechteil bereits während des Stanzvorgangs eng am
Nietabschnitt des Funktionselements an, was durch gewissen Ausle
gungsmerkmale der Lochmatrize noch verbessert werden kann, so daß es
nicht notwendig ist, das Stanzloch erst etwas größer als den Nietabschnitt
herzustellen, um Fehlausrichtungen des Funktionselements mit dem
Blechteil zu vermeiden.
Dadurch, daß bei dem Lochvorgang zur Erzeugung des Stanzloches der
Nietabschnitt des Funktionselements in das Stanzloch eingeklemmt wird,
wird dafür gesorgt, daß das Element kraftschlüssig mit dem Blechteil ver
bunden ist, so daß das Blechteil mit dem Funktionselement von einer Ar
beitsstation oberhalb der Lochmatrize zu einer zweiten Arbeitsstation
oberhalb der Nietmatrize transportiert werden kann, ohne befürchten zu
müssen, daß das Funktionselement verloren geht. Andererseits führt die
ser eingeklemmte Zustand des Funktionselements dazu, daß bei dem an
schließenden Nietvorgang auch bei einer kleineren Verformung des
Blechteils dieses bereits im ausreichenden Maße plastisch verformt wird,
denn man muß nicht erst einen Freiraum zwischen dem Nietabschnitt
und dem Stanzloch überbrücken, wie dies bei dem traditionellen Klemm
lochnieten der Fall ist. Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren wesentlich unproblematischer, das Funktionselement in das
Blechteil einzubringen, da es nicht erforderlich ist, das Funktionselement
erst mit einem ihm zugewandten domförmigen Abschnitt des Blechteils
auszurichten.
Eine Möglichkeit ausreichendes Blechmaterial im Bereich um das Stanz
loch herum vorzusehen, so daß beim Einpressen des Funktionselements
erwünschte ausgeprägte plastische Verformung des Blechteils eintritt,
liegt darin, die Mündung der Lochmatrize mit einer konusförmigen nach
innen gerichteten Fase zu versehen, so daß diese Fase mit der schrägge
stellten Ringfläche, die in die gegenüber der Mündung der Bohrung zu
rückversetzte ringförmige Auflagefläche der Lochmatrize übergeht, eine
Ringlippe erzeugt mit einem Durchmesser etwas größer als der Durch
messer des Nietabschnitts. Durch diese Ringlippe wird das Blechmaterial
um das Stanzloch herum so geformt, daß es eine konusförmige Erhöhung
auf der dem Funktionselement zugewandten Seite aufweist und diese ko
nusförmige Erhöhung im Bereich des Nietabschnitts in eine kleine konusförmige
Vertiefung übergeht. Hierdurch wird einerseits mehr
Blechmaterial im Bereich des Nietabschnitts geschaffen, andererseits ver
hindert die konusförmige Vertiefung, daß das Blechmaterial während des
Einpreßvorgangs sich vom Nietabschnitt entfernt, noch bevor die Nietma
trize zur Anwendung gelangt. Die Haltewirkung der entsprechenden ko
nusförmigen Vertiefung ist so gut, daß man auch ohne Niederhalter ar
beiten kann, was die verwendeten Werkzeuge vereinfacht.
Diese soeben beschriebene Variante funktioniert auch dann, wenn das
Loch der Lochmatrize einen Durchmesser aufweist, der zumindest im we
sentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder nur
unwesentlich größer als dieser ist.
Besonders günstig ist es aber, wenn das Loch der Lochmatrize deutlich
größer gemacht wird als der Außendurchmesser des Nietabschnitts. Der
Stanzvorgang führt dann, wie später näher erläutert wird, zu einer kleinen
zylindrischen Fortsetzung der konusförmigen Vertiefung im Blechteil, so
daß das Blechmaterial noch besser die Aufweitung des Stanzlochs bei der
fortschreitenden Verpressung des Funktionselements mit dem Blechteil
verhindert. Im übrigen führt diese Ausbildung dazu, daß die Ausrichtung
der Lochmatrize mit dem Stanzkopf noch weniger kritisch ist und der zy
lindrische Vorsprung schafft weiteres Blechmaterial an den Nietabschnitt
heran, was der plastischen Verformung des Blechmaterials und der hoch
wertigen Verbindung mit dem Funktionselement zugute kommt. Obwohl
es grundsätzlich möglich ist, mit einem Werkzeug zu arbeiten, das ohne
Blechniederhalter funktioniert, ist es erfindungsgemäß auch möglich, ein
Werkzeug zu verwenden, das von einem gefederten Niederhalter umgeben
ist, der bereits vor Berührung des Stanzabschnitts des Funktionselements
mit dem Blechteil das Blechteil an der genannten tieferliegenden, ringför
migen Auflagefläche der Lochmatrize andrückt. Bereits vor der Durchfüh
rung des Lochvorgangs wird die genannte konusförmige Erhöhung im
Blechteil dadurch erzeugt, daß das Blechteil zwischen der Mündung der
Lochbohrung der Lochmatrize und der zurückversetzten Auflagefläche der
Lochmatrize gespannt wird. Erst dann wird der Lochvorgang anschließend
durchgeführt. Durch den Niederhalter wird hier jegliche Tendenz des
Blechmaterials, radial nach außen im Sinne einer Aufweitung des Stanz
loches zu fließen, entgegengetreten und es kommt ebenfalls das er
wünschte klemmende Anliegen des Blechmaterials am Nietabschnitt des
Funktionselement zustande.
Nach einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so
vorgegangen, daß das Blechteil auf einer Lochmatrize abgestützt wird, die
eine Bohrung aufweist, deren Durchmesser zumindest im wesentlichen
dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder etwas größer
als dieser ist, wobei die Bohrung in eine dem Blechteil zugewandten Ver
tiefung in der Stirnseite der Lochmatrize mündet, die in eine axial vor der
Mündung der Bohrung liegende, ringförmige Auflagefläche der Lochmatri
ze übergeht, daß das Funktionselement auf das auf der Auflagefläche der
Lochmatrize abgestützte Blechteil gedrückt wird, um mittels des selbst
stanzend ausgebildeten Nietabschnitts einen Stanzbutzen aus dem
Blechteil herauszustanzen und über die Vertiefung der Lochmatrize eine
konusförmige Vertiefung im Blechteil zu erzeugen, die das durch das Her
ausstanzen des Stanzbutzens erzeugte Stanzloch umgibt, daß das Blech
teil mit dem Funktionselement, dessen Nietabschnitt sich im Stanzloch
befindet, anschließend an eine Nietmatrize gedrückt wird, die koaxial zur
Längsachse des Funktionselements an ihrer dem Blechteil zugewandten
Stirnseite einen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung
aufweist, der das Blechteil in vollständige Anlage an die Auflage
fläche des Funktionselements bringt, so daß das Blechteil um das Stanz
loch herum zwischen dem umgebördelten Nietabschnitt und der Auflage
fläche des Funktionselements formschlüssig eingeklemmt ist.
Auch hier wird das Funktionselement selbststanzend in das Blechteil ein
gebracht, die Lochmatrize wird aber so ausgelegt, daß eine konusförmige
Vertiefung im Blechteil erzeugt wird, die im anschließenden Nietvorgang
umgeformt und weitestgehend aufgehoben, d. h. flachgepreßt wird. Die
konusförmige Vertiefung kann so gestaltet werden, daß unter Berücksich
tigung etwaiger Verdrehsicherungsmerkmale, die als Vertiefungen
und/oder Nasen in der Auflagefläche und/oder im Bereich des Übergangs
der Auflagefläche in den Nietabschnitt und/oder im Nietabschnitt vorge
sehen sind, ein Materialüberschuß in der konusförmigen Vertiefung des
Blechteils gegenüber der Materialmenge, die im eingenieteten Zustand
zwischen der Auflagefläche des Funktionselements und dem umgebördel
ten Nietabschnitt angeordnet ist, entsteht, wodurch das Blechmaterial bei
der Umformung plastisch verformt wird und einen permanenten radialen
Druck auf den Nietabschnitt ausübt.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der verwendeten Werkzeuge
sind den weiteren Ansprüchen 11 bis 12 zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand der beigefügten
Zeichnungen, in welcher zeigen:
Fig. 1A-1K eine Folge von Zeichnungen, die eine erste erfindungs
gemäße Variante des Verfahrens zum Anbringen eines
Funktionselements an ein Blechteil darstellen,
Fig. 2A und 2B Zeichnungen zur Erläuterung der Arbeitsweise einer er
sten Ausführungsform einer Lochmatrize,
Fig. 3A und 3B zwei Zeichnungen ähnlich der Fig. 2A und 2B zur Er
läuterung der Arbeitsweise einer weiteren Form einer
Lochmatrize,
Fig. 4A und 4B weitere Zeichnungen ähnlich den Zeichnungen 3A und
3B zur Erläuterung der Arbeitsweise einer weiteren
Form einer erfindungsgemäßen Lochmatrize,
Fig. 5A-5F eine weitere Folge von Zeichnungen zur Erläuterung ei
ner Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Anbringen eines Funktionselements an ein Blechteil,
und
Fig. 6A-6F eine noch weitere Folge von Zeichnungen, um eine wei
tere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der
Anbringung eines Funktionselements an ein Blechteil zu
erläutern.
Die Fig. 1A zeigt im axialen Schnitt ein sogenanntes RSN Element 10 der
Firma Profil Verbindungstechnik GmbH und Co. KG, wobei das Element
10 in einer axialen Ebene geschnitten ist, die die mittlere Längsebene 12
des Elements umfaßt. Das gezeigte Element 10 ist im Prinzip aus der eu
ropäischen Patentschrift 0 539 793 bekannt und wird hier durch eine Ab
wandlung des sogenannten Klemmlochnietverfahrens an ein Blechteil 14
befestigt. Das Funktionselement 10, das hier als Mutterelement realisiert
ist, weist einen eine ringförmige Auflagefläche 16 aufweisenden Kopfteil 18
und einen rohrförmigen auf der Seite der Auflagefläche 16 des Kopfteils 18
angeordneten Stanz- und Nietabschnitt 20 auf. In diesem Beispiel sind
Verdrehsicherungsmerkmale in Form von Verdrehsicherungsnasen 26
vorgesehen, wobei die Verdrehsicherungsnasen 26 erhaben an der Aufla
gefläche und am Nietabschnitt vorliegen. Die Verdrehsicherungsnasen er
strecken sich in radialer Richtung an der Auflagefläche 16 und in axialer
Richtung am Nietabschnitt 20 im Bereich des Übergangs von der Auflage
fläche in den Nietabschnitt, wobei sie bei etwa der halben Länge des
rohrförmigen Nietabschnitts in dessen zylindrische Außenfläche auslau
fen. In diesem Beispiel sind insgesamt acht solche Verdrehsicherungsna
sen vorgesehen. Es können weniger als acht oder mehr als acht solche
Verdrehsicherungsnasen vorgesehen werden. Die Verdrehsicherungs
merkmale können außerdem, falls erwünscht, die Form von Vertiefungen
haben, die in der Auflagefläche und/oder im Nietabschnitt im Bereich des
Übergangs von der Auflagefläche in den Nietabschnitt vorgesehen werden.
Das Funktionselement 10 weist in diesem Beispiel eine mittlere Bohrung
28 auf, die mit einem Gewindezylinder 30 versehen ist. Die in Fig. 1 obere
Stirnseite des Kopfteils 18 bildet eine Druckfläche 36. Das Funktionsele
ment 10 muß nicht als Mutterelement ausgebildet werden. Statt dessen
könnte die Druckfläche 36 in einen Schaftteil übergehen, der sich in der
Darstellung gemäß Fig. 1A nach oben erstrecken würde, so daß ein Bol
zenelement vorliegt. Auch könnte das Funktionselement 10 andere Funktionen
erfüllen. Beispielsweise könnte die Bohrung 28 als zylindrische La
gerfläche zur drehbaren Lagerung einer Welle ausgeführt werden oder als
Clipaufnahme realisiert werden, um eine Clipbefestigung aufzunehmen.
Wenn das Element mit einem Schaftteil versehen ist, so kann der Schaft
teil nicht nur mit einem Gewindezylinder versehen werden, wodurch ein
Bolzenelement vorliegt, sondern der Schaftteil könnte eine zylindrische
Lagerfläche aufweisen, z. B. zur drehbaren Lagerung eines Hebels oder er
könnte bspw. mit einer Ringnut versehen werden, um einen Clip aufzu
nehmen. Wesentlich ist, daß die Stirnseite 36 als Druckfläche ausgebildet
ist, so daß ein Druck in Längsrichtung der Achse 12 mittels eines geeig
neten Werkzeuges, hier mit 40 dargestellt, auf die Druckfläche 36 ausge
übt werden kann, um das Element in das Blechteil 14 hineinzubringen,
ohne daß die auf das Funktionselement 10 ausgeübten Kräfte zu einer
unzulässigen Verformung des Funktionselements bzw. Gewindezylinders
führt. Man sieht außerdem aus der Fig. 1A, daß der rohrförmige Nietab
schnitt 20 einen Innendurchmesser aufweist, der deutlich größer ist als
der der Bohrung 28 bzw. als der des Außendurchmessers des Gewindezy
linders 30 und daß das freie Stirnende des rohrförmigen Nietabschnittes
20, d. h. das untere Ende in Fig. 1A, mit Stanz- und Nietmerkmalen aus
gestattet ist, die später näher erläutert werden.
Unterhalb des Blechteils 14 befindet sich in Fig. 1A eine Lochmatrize 42,
wobei das Werkzeug 40 und die Lochmatrize 42 normalerweise einander
gegenüber liegen und miteinander ausgerichtet in einer Station eines Fol
geverbundwerkzeuges vorgesehen sind. Das heißt, daß die Längsachse des
Elementes 12 zugleich die Längsachse des Werkzeuges 40 und die Längs
achse der Lochmatrize 42 darstellt und in an sich bekannter Weise wird
die Lochmatrize 42 in einer unteren Platte des Folgeverbundwerkzeuges
untergebracht und das obere Werkzeug 40 wird entsprechend dem Dop
pelpfeil 44 bewegt, um bei jeder nach oben gerichteten Bewegung ein wei
teres Funktionselement 10 in die dargestellte Position aufzunehmen und
bei jeder nach unten gerichteten Bewegung für die Einbringung des
Funktionselementes in das Blechteil 14 in der nachfolgend zu erläutern
den Weise zu sorgen. Im übrigen könnte das Werkzeug 40 und die
Lochmatrize 42 in einer Transferpresse angeordnet werden. Die Lochma
trize 42 wäre dann im unteren Werkzeug der Presse anzuordnen und das
Werkzeug 40 wird in einem Setzkopf untergebracht, der an einer Zwi
schenplatte der Presse oder am oberen Werkzeug der Presse montiert ist.
Statt dessen könnte die Lochmatrize 42 auf der Zwischenplatte der Presse
montiert werden und das Werkzeug 40 am oberen Werkzeug der Presse
befestigt werden. Auch sind umgekehrte Anordnungen durchaus denkbar,
bei denen das untere Werkzeug 40 unterhalb der Lochmatrize 42 ange
ordnet ist, beispielsweise im unteren Werkzeug der Presse oder an der
Zwischenplatte der Presse, während die Lochmatrize dann an der Zwi
schenplatte der Presse bzw. am oberen Werkzeug der Presse anzuordnen
wäre.
Man merkt aus der Fig. 1A, daß das Funktionselement 10 in einer Ring
vertiefung 46 des Werkzeugs untergebracht ist, die im Bodenbereich eine
ringförmige Schulter 48 aufweist, die gegen die Druckfläche 36 des Funk
tionselementes drückt. Die Ringvertiefung 46 hat im Bereich der unteren
Stirnseite des Werkzeugs 40 eine konusförmige Fläche 47. Der rohrförmi
ge Nietabschnitt 20 des Funktionselementes steht mit seinem unteren
Ende über die untere ringförmige Stirnseite 52 des Werkzeuges vor.
Die Lochmatrize 42 weist eine mittlere Bohrung 54 auf, die in der Rich
tung nach unten in Fig. 1A in eine größere Bohrung 56 übergeht. Die
Bohrung 54 der Lochmatrize mündet an der oberen Stirnseite der Matrize
in eine konusförmige Vertiefung 58, die mit einer schräggestellten Ringflä
che 60 eine ringförmige, um die Achse 12 umlaufende Ringlippe 62 bildet,
wobei die schräggestellte Ringfläche 60 in eine gegenüber der Mündung 59
der Bohrung zurückversetzte ringförmige Auflagefläche 64 der Lochmatri
ze übergeht.
Die Fig. 1A zeigt den Zustand, in dem sich das Werkzeug 40 nach unten
in Richtung auf die Lochmatrize zubewegt und das freie Stirnende des
rohrförmigen Nietabschnittes 20 gerade auf die Oberseite des Blechteils 14
trifft, während dieses direkt auf der Ringlippe 62 der Lochmatrize abge
stützt ist. Man merkt, daß hier kein Niederhalter zur Anwendung gelangt.
Wie aus Fig. 1B ersichtlich, wird durch die weitere nach unten gerichtete
Bewegung des Werkzeuges 40 das Funktionselement so gegen das Blech
teil gedrückt, daß ein Stanzbutzen 66 aus dem Blechteil 14 herausge
stanzt wird und das Blechmaterial zur Anlage an die konusförmige Ring
vertiefung 58 an der Mündung der Bohrung 54 gebracht wird. Außerdem
gelangt das Blechmaterial in Anlage mit der unteren Stirnseite 52 des
Werkzeuges 40 und es wird eine leicht konusförmige Erhöhung zwischen
der Ringlippe 62 und der ringförmigen Stirnseite 52 des Werkzeuges ge
bildet.
Man merkt auch aus der Fig. 1B, daß der Durchmesser der Bohrung 54 in
diesem Beispiel etwas größer gewählt wurde als der Außendurchmesser
des rohrförmigen Nietabschnittes 20 und daß dies dazu geführt hat, daß
sich eine zylindrische Ringlippe 68 um das Stanzloch 70 im Blechteil her
um gebildet hat. Diese Ringlippe 68, zusammen mit dem Bereich des
Bleichteils 14, der an der konusförmigen Fläche 58 anliegt, verhindert,
daß bei einer weiteren nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeuges
40 das Stanzloch 70 aufgeweitet wird. Statt dessen bleibt das Blechmate
rial um das Stanzloch 70 herum eng in Berührung mit der rohrförmigen
Oberfläche des Nietabschnittes 20.
Die nach unten gerichtete Bewegung des Werkzeuges 40 schreitet dann
fort, bis der Zustand gemäß Fig. 1C erreicht ist. Hier ist das Blechmaterial
nunmehr zwischen der ringförmigen Anlagefläche 52 des Werkzeuges 40
und der ringförmigen Anlagefläche 64 der Lochmatrize 42 eingeklemmt.
Man sieht, daß das Blechmaterial immer noch eng an der Außenseite des
rohrförmigen Nietabschnitts 20 anliegt, so daß das Funktionselement im
Stanzloch 70 des Blechteils 14 eingeklemmt ist. Man sieht auch aus der
Fig. 1C, daß das Blechmaterial bei 24 außerdem eng an der schrägge
stellten Ringfläche 47 der stirnseitigen Vertiefung 22 des Werkzeugs 46
anliegt, wobei die Verdrehsicherungsnasen 26 bereits teilweise in das
Blechmaterial eingedrungen sind, was ebenfalls die klemmende Aufnahme
des Funktionselementes im Blechmaterial begünstigt. Im übrigen folgt das
Blechmaterial des Blechteils 14 dem Verlauf der schräggestellten Ringflä
che 60 der Lochmatrize 42, wobei dies allerdings nicht wesentlich ist, da
das Blechmaterial zwischen der Ringlippe 62 und der Anlagefläche 64
durch die Andrückkräfte des Werkzeuges an der unteren Stirnfläche 52
des Werkzeuges gespannt ist, so daß auch bei einem schrägeren Verlauf
der Ringfläche 60 das Blechmaterial ohnehin den in Fig. 1C gezeigten
Verlauf in diesem Bereich annehmen würde.
Der Lochvorgang ist nunmehr beendet und das obere Werkzeug 40 wird
angehoben (Pfeil 44) und das Blechteil 14 mit dem Funktionselement 10
wird von der feststehenden Lochmatrize weggedrückt (durch nicht gezeig
te, aber an sich gut bekannte gefederte Stifte (Auswerfer)). Der Stanzbut
zen 66 fällt in die Bohrung 56 hinein und wird über diese Bohrung in an
sich bekannter Weise entsorgt. Das Blechteil 14 mit dem im Stanzloch 70
klemmend aufgenommenen Funktionselement 10 wird nunmehr von der
Lochmatrize weggehoben und in die nächste Station des Folgeverbund
werkzeuges transportiert. Wenn ein solches Folgeverbundwerkzeug zur
Anwendung gelangt, wird das Blechteil 14 in an sich bekannter Weise als
Blechstreifen durch das Werkzeug geführt, dieser Blechstreifen besteht
aus mehreren zusammenhängenden Blechteilen 14, die durch die Rand
bereiche des Blechstreifens gehalten und geführt werden. Handelt es sich
um eine Transferpresse, so wird das Blechteil 14 in die nächste Presse
oder weiter in der ersten Presse transportiert.
In dieser weiteren Station bzw. weiteren Presse wird nunmehr das Bauteil
bestehend aus dem Funktionselement 10 und dem Blechteil 14 weiterver
arbeitet, und zwar durch einen Nietvorgang, der in Fig. 1D und 1E darge
stellt ist.
Das Werkzeug 80, das zu diesem Zweck verwendet wird, entspricht von
seiner Grundauslegung dem Werkzeug 40, wobei jedoch die Ringvertie
fung 82 an der unteren Stirnseite des Werkzeuges in axialer Richtung 12
nur etwas tiefer ist, als die axiale Höhe des Kopfteils 18 des Funktionse
lement zwischen seiner oberen Stirnseite 36 und seiner Auflagefläche 16,
so daß die untere Stirnseite 84 des Werkzeuges 80 in einer radialen Ebene
um in etwa die Blechdicke über die Auflagefläche 16 des Kopfteils 18 vor
steht. Die Matrize 86, die unterhalb des Blechteils 14 angeordnet ist, weist
in diesem Beispiel einen konzentrisch zur Längsachse 12 des Funktionselementes
10 angeordneten zylindrischen Vorsprung 88 mit einer leicht
konkaven schräggestellten Ringfläche 90 auf, die in eine ringförmige Flä
che 92 übergeht, die in einer radialen Ebene liegt und nur geringfügig
oberhalb des ringförmigen Bereiches 94 der Nietmatrize 86 steht, der das
Blechteil 14 beim Nietvorgang abstützt. Das obere Werkzeug 80 wird ent
sprechend dem Doppelpfeil 96 zunächst nach unten bewegt, um den Niet
vorgang durchzuführen, der in Fig. 1K im abgeschlossenen Zustand ge
zeigt ist. Man merkt, daß das Blechmaterial im Bereich der Auflagefläche
16 vollständig an diese und zwischen den Verdrehsicherungsnasen einge
preßt worden ist und daß der ringförmige Nietabschnitt 20 radial nach
außen umgebördelt bzw. umgelegt ist, so daß das Blechmaterial form
schlüssig zwischen dem Funktionselement 10 und dem umgebördelten
Nietabschnitt 20 eingeklemmt ist. Man merkt außerdem, daß die Ringflä
che 92 den Nietabschnitt so flachgepreßt hat, daß dieser geringfügig ge
genüber der Unterseite des Blechteils 14 zurückversetzt ist. Das Blechteil
14 ist wiederum zwischen der ringförmigen Anlagefläche 84 des oberen
Werkzeuges 80 und der ringförmigen Anlagefläche 94 der Nietmatrize 86
geklemmt, so daß das Blechmaterial eben und frei von Verwerfungen ist.
Das Ergebnis ist eine hohe Kompression des Blechmaterials im Bereich
dessen formschlüssiger Aufnahme zwischen dem Kopfteil 18 und dem
umgebördelten Nietabschnitt 20 des Funktionselementes 10, so daß ra
diale Druckkräfte permanent vom Blechmaterial auf den Nietabschnitt 20
ausgeübt werden und eine hochwertige Verbindung zustande gekommen
ist. Die genaue Form des umgebördelten Nietabschnittes ist durch die
Formgebung des Vorsprungs der Nietmatrize 42 vorgegeben. Das fertige
Zusammenbauteil bestehend aus dem Funktionselement 10 und dem
Blechteil 14 kann nun aus den Werkzeugen entfernt werden, durch Anheben
des oberen Werkzeugs 80 und des Zusammenbauteils, das ggf. vom
führenden Blechstreifen in dieser Station des Folgeverbundwerkzeugs
oder in einer späteren Station vom Blechstreifen getrennt wird.
Es werden nunmehr einige Ausführungen zu der möglichen Auslegung der
Lochmatrize 42 und dem damit zusammenwirkenden Stirnende des
Nietabschnittes 20 gemacht. Eine erste Ausführungsform ist in Fig. 2A
gezeigt. Die hier verwendeten Bezugszeichen sind die gleichen, die in Fig.
1A bis 1F verwendet werden, die Unterschiede werden jedoch jeweils er
läutert. Die Lochmatrize 42 wird hier nur im Bereich der Mündung der
Bohrung 54 auf der linken Seite der Matrize gezeigt, wobei hier eine ko
nusförmige Ringfläche 58 nicht vorgesehen ist, sondern die Mündung der
Bohrung 54 liegt direkt an der Stirnseite 61 der Matrize, die beispielsweise
dann über die Schrägfläche 60 in die hier nicht gezeigte tiefergelegte Anla
gefläche 64 übergeht. Der Nietabschnitt 20 geht hier mit einer zylindri
schen Fläche 21 in eine in einer radialen Ebene liegenden Stirnfläche 23
über. Zwischen der Stirnseite des Nietabschnittes 20 und der Stirnseite 61
der Lochmatrize 42 angeordnet befindet sich das Blechteil 14. Die Fig. 2B
zeigt den Zustand unmittelbar nach der Bildung des Stanzbutzens 66,
welcher durch die nach unten gerichtete Bewegung des Nietabschnittes 20
des Funktionselement 10 in Pfeilrichtung 44 gebildet ist. Man merkt aus
der Fig. 2B, daß die Bohrung 54 der Lochmatrize einen etwas größeren
Innendurchmesser als der Außendurchmesser der zylindrischen Fläche 21
des Nietabschnittes aufweist. Außerdem sieht man deutlich aus Fig. 2B,
daß das Blechmaterial 14 durch die Schneidkante 25 zwischen der zylin
drischen Fläche 21 und der Stirnseite 23 des Nietabschnittes 20 ge
schnitten wurde und daß das Blechmaterial eng an der zylindrischen Flä
che 21 anliegt. Obwohl die Schnittfläche 15 des Blechteils im oberen Bereich
sauber ist, bricht das Material im unteren Drittel des Blechteils 14,
so daß die leicht irreguläre Bruchfläche 17 entsteht. Der Stanzbutzen 66
zeigt sich als Spiegelbild dieses Vorganges mit einer sauberen Schnittflä
che 67 im oberen Bereich und mit einer leicht irregulären Bruchfläche 69
im unteren Drittel. Die Ausbildung des Stanzloches 70 und der Außen
seite des Stanzbutzens 66 ist bei einer solchen Anordnung an jeder Stelle
um die Längsachse 12 herum (hier nicht gezeigt) im Prinzip gleich. Man
merkt außerdem aus Fig. 2B, daß wenn die Bohrung 54 von einer Boh
rung 56 mit einer großen Bohrung mit großem Durchmesser gefolgt ist,
der Stanzbutzen problemlos durch diese weitere Bohrung 56 entsorgt
werden kann, da die Bohrung größer ist als der Außendurchmesser des
Stanzbutzens im Bereich der Fläche 69. Diese Auslegung des Nietab
schnittes und der Lochmatrize kann durchaus bei einem Verfahren nach
den Fig. 1A bis 1F verwendet werden.
Noch besser ist allerdings die Auslegung gemäß Fig. 3A und 3B. Hier weist
der Nietabschnitt die gleiche Ausbildung wie in Fig. 2A auf, die Lochmatri
ze 42 weist aber eine konusförmige Fläche 58 auf, wie in der Fig. 1 gezeigt.
Diese geht allerdings erst über eine Ringfläche 61 in die schräggestellte
Ringfläche 60 über, anstatt unmittelbar in diese schräggestellte Fläche
überzugehen, was aber grundsätzlich möglich ist. Auch hier weist die
Bohrung 54 der Lochmatrize einen größeren Durchmesser als die zylindri
sche Fläche 21 des Nietabschnittes 20 auf.
Der Schneidvorgang und die Ausbildung der Bruchflächen 17 und 69 er
folgt hier im wesentlichen genau wie im Zusammenhang mit Fig. 2A und
2B beschrieben, jedoch wird das Blechmaterial hier in die konusförmige
Vertiefung 58 hineingezogen, so daß es eng an diese Konusfläche anliegt
und die obere Ringkante 71 einen noch größeren Radius erhält als dies bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 2A und 2B der Fall ist. Diese Ausbildung
gemäß Fig. 3A und 3B ist deshalb vorteilhaft, weil sich das Blechmaterial
59, das sich im Bereich der konusförmigen Vertiefung 58 befindet, sich
(sozusagen) mit der Lochmatrize 42 verhakt, wodurch eine Aufweitung des
Stanzloches 70 im späteren Verfahren weitestgehend ausgeschaltet wird.
Eine noch bessere Ausbildung ist den Fig. 4A und 4B zu entnehmen, die
die konkrete Ausbildung gemäß Fig. 1 zeigen, allerdings geht auch hier die
konusförmige Fläche 58 erst in eine sich radial erstreckende Ringfläche 61
über und erst dann in die weitere Schrägfläche 60. Die Ringfläche 61
kann jedoch weggelassen werden, so daß die konusförmige Fläche 58 un
mittelbar in die schräggestellte Ringfläche 60 übergeht.
Die Lochmatrize 42 in diesem Beispiel hat genau die gleiche Form wie in
der Fig. 3B, dagegen ist die Ausbildung des Nietabschnittes 20 nunmehr
so getroffen, daß die zylindrische Fläche 21 über einen Radius 19 in die
Stirnseite 23 übergeht.
Abweichend von den bisherigen Beispielen gemäß Fig. 2A und B und Fig.
3A und B weist hier die Bohrung 54 einen Innendurchmesser auf, der
deutlich größer ist als die zylindrische Fläche 21 des Nietabschnittes 20.
Beispielsweise kann der Radius der Bohrung 54 ohne weiteres um 30 bis
50% der Blechdicke größer sein als der Radius der zylindrischen Fläche
21 des Nietabschnittes.
Eine solche Ausbildung führt nun zu einer plastischen Verformung des
Blechmaterials in den sich zwischen der Bohrung 54 und der zylindrischen
Fläche ausbildenden Ringspalt hinein, bis der Stanzbutzen an der
Bruchfläche 98 vom Blechteil 14 abreist. Hierdurch entsteht die oben er
wähnte zylindrische Ringlippe 68.
Diese Ausbildung ist aus mehreren Gründen zu bevorzugen. Erstens be
deutet der größere Durchmesser der Zylinderbohrung 54 im Vergleich zu
der zylindrischen Fläche 21 des Nietabschnittes, daß die Ausrichtung der
Matrize mit dem Werkzeug weniger kritisch ist. Zum zweiten hilft die zy
lindrische Ringlippe 68 dem Material im Bereich der konusförmigen Flä
che 58 die Aufweitung des Stanzloches bei der nachfolgenden Umformung
des Blechteils zu vermeiden. Drittens schafft die zylindrische Lippe 68
noch mehr Material im Bereich des Stanzloches, so daß eine noch intensi
vere plastische Verformung des Blechteils im Bereich der klemmenden
Aufnahme des Blechmaterials zwischen der Auflagefläche 16 und der
später umgebördelten Nietabschnitt 20 des Funktionselementes erreicht
wird. Weiterhin erhält der Stanzbutzen durch diese Anordnung eine Form,
die für das sichere Entsorgen des Stanzbutzen durch die Bohrung 56 der
Lochmatrize hindurch günstig ist. Diese vorteilhafte Ausbildung des
Stanzloches und des Stanzbutzens wird auch dann erreicht, wenn der
Stanzabschnitt 20 eine konusförmige Vertiefung an der radial inneren
Seite aufweist, wie durch die gestrichelte Linie 99 als Möglichkeit darge
stellt ist. Diese konusförmige Vertiefung, die in Fig. 1 gezeigt ist, hat den
Vorteil, daß sie die Aufweitung und Umbördelung des Nietabschnittes im
anschließenden Nietvorgang begünstigt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens bzw. der ver
wendeten Werkzeuge wird nunmehr anhand der Fig. 5A bis 5F be
schrieben.
Es werden im Zusammenhang mit den Fig. 5A bis 5F die gleichen Be
zugszeichen verwendet wie im Zusammenhang mit den bisherigen Figu
ren. Es versteht sich daher, daß die bisherige Beschreibung auch für Teile
in Fig. 5A bis 5F gilt, die die gleichen Bezugszeichen aufweisen, so daß ei
ne nähere Beschreibung dieser Merkmale nur dann erfolgen wird, wenn
Besonderheiten oder besondere Unterschiede zu beachten sind. Es kann
gesagt werden, daß das in Fig. 5A bis F gezeigte Funktionselement 10 die
gleiche Form aufweist wie das Funktionselement 10 der Fig. 1A bis
1F, so daß eine erneute Beschreibung des Elementes selbst nicht notwen
dig ist.
Das obere Werkzeug 40 der Fig. 5A kann im Prinzip genauso in einem Fol
geverbundwerkzeug oder einer Transferpresse eingebaut werden wie das
entsprechende Werkzeug der Fig. 1A, nur ist hier das Werkzeug 40 von
einem gefederten Niederhalter 100 umgeben, der durch schematisch dar
gestellte Schraubendruckfedern 102 nach unten vorgespannt ist. Die
Schraubendruckfedern 102 können durch andere geeignete Federn, wie
Gasdruck- oder Fluiddruckfedern, ersetzt werden. Das Werkzeug 40 weist
in diesem Beispiel keine Vertiefung wie 46 in Fig. 1 auf, sondern die unte
re Stirnseite 48 des Werkzeuges 40 drückt hier unmittelbar auf die ring
förmige Druckfläche 36 des Funktionselementes 10. Die Matrize 42 kann
genauso ausgebildet werden wie in der Fig. 1A, wird aber hier so darge
stellt, als würde sie die Form gemäß Fig. 2A und 2B aufweisen, was
grundsätzlich hier möglich ist, da die Stirnseite 101 des gefederten Nie
derhalters 100 bei der nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeuges
40 das Blechmaterial fest gegen die ringförmige Anlagefläche 64 der Matri
ze hält, und zwar nach Ausbildung der konusförmigen Erhöhung im
Blechteil (wie in Fig. 5B gezeigt) vor Ausbildung des Stanzloches. Bei der
Ausbildung des Stanzloches 70, die durch eine weitere nach unten ge
richtete Bewegung des Werkzeuges 40 entsprechend der Darstellung ge
mäß Fig. 5C erreicht wird, ist eine Aufweitung des Stanzloches nicht mehr
zu befürchten, da das Blechteil um die Lochmatrize herum vom Nieder
halter festgehalten wird und sich somit nicht ausdehnen kann.
Ansonsten ist das Einbringungsverfahren gemäß den weiteren Fig. 5D, 5E
und 5F mit der in den Fig. 1D bis 1F gezeigten Verfahrensweise identisch,
weshalb diese weiteren Schritte hier nicht extra beschrieben werden. Man
merkt aber, daß das obere Werkzeug 80 und die Nietmatrize 86 in Fig. 5E
und 5F identisch mit dem Werkzeug 80 und der Nietmatrize 86 der Fig.
1E und 1F sind.
Schließlich zeigen die Fig. 6A bis 6F eine abgewandelte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch hier werden die gleichen Be
zugszeichen für die gleichen Teile verwendet, und es werden nur die ab
weichenden Merkmale beschrieben.
Während bei den bisherigen Ausführungsformen eine konusförmige Erhe
bung im Blechteil 14 erzeugt wird, wird bei der Verfahrensweise der Fig.
6A eine konusförmige Vertiefung im Blechteil erzeugt, die anschließend
flachgepreßt bzw. in eine konusförmige Erhebung umgewandelt wird. Um
dies zu erreichen, weist die Lochmatrize 42 eine besondere Ausbildung
auf, in der die Bohrung 54 in eine kreisförmige Vertiefung 110 in der
Stirnseite der Matrize bei 59 mündet, wobei die kreisförmige Vertiefung
110 über eine schräggestellte Ringfläche 112 in die ringförmige Anlageflä
che 64 übergeht, die hier axial vor der Mündung 59 der Bohrung 54 angeordnet
ist. Der Übergang vom Bodenbereich 112 der kreisförmigen Ver
tiefung in die schräggestellte Ringfläche 112 und der Übergang von der
schräggestellten Ringfläche 112 in die ringförmige Anlagefläche 160 sind
gerundet ausgebildet.
Das obere Werkzeug 40 wird auch hier ohne Niederhalter realisiert. Die
das Funktionselement 10 aufnehmende Vertiefung 46 in der unteren
Stirnseite des Werkzeuges 40 ist im Prinzip gleich realisiert wie im Werk
zeug 40 der Fig. 1A mit einer ersten kreisförmigen Vertiefung 46, die einen
sich radial erstreckenden Bodenbereich 48 aufweist, der gegen die Druck
fläche 36 des Funktionselements gedrückt werden kann. Die kreisförmige
Vertiefung 46 ist aber hier nur gerade so tief, daß die Auflagefläche 16 des
Funktionselementes 10 bündig mit der unteren Stirnseite 52 des oberen
Werkzeuges 40 liegt. D. h. der rohrförmige Nietabschnitt 20 ragt hier weiter
aus der unteren Stirnseite des Werkzeuges 40 hervor.
Wie aus Fig. 6B ersichtlich, führt die nach unten gerichtete Bewegung des
oberen Werkzeuges entsprechend dem Pfeil 44 dazu, daß der rohrförmige
Nietabschnitt 20 eine konusförmige Ringvertiefung 120 im Blechteil 14
erzeugt. Bei der weiteren nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeu
ges wird der Stanzabschnitt 20 verwendet, um einen Stanzbutzen 66 zu
erzeugen, wobei dies beispielsweise entsprechend einem der Verfahren
gemäß Fig. 2A und 2B, 3A und 3B oder 4A und 4B erfolgen kann. Nach
dem erfolgten Durchstanzen des Blechteils entsprechend Fig. 6C bewegt
sich das Werkzeug weiter nach unten bis seine untere Stirnseite 52 das
Blechteil gegen die obere Stirnseite 64 der Lochmatrize klemmt, wie in Fig.
6D gezeigt. Man sieht aus Fig. 6D, daß das Blechmaterial, das sich zwi
schen der ringförmigen Fläche 64 und dem Nietabschnitt 20 befindet, volumenmäßig
tendentiell größer ist als das Volumen, das es beim anschlie
ßenden Nietvorgang annimmt, wenn die in Fig. 6D konusförmige Vertie
fung im Blechteil flachgepreßt bzw. in eine leicht konusförmige Erhebung
umgewandelt wird (wie in Fig. 6F gezeigt).
Wie aus Fig. 6D ersichtlich, liegt das Blechmaterial eng am Nietabschnitt
20 an. Das Blechteil mit dem darin kraftschlüssig geklemmten Funktions
element 10 wird dann nach Anhebung des Werkzeugs 40 und des Blech
teils in eine weitere Station oder in eine weitere Presse gebracht und wird
dort mit einem oberen Werkzeug 80, das mit dem oberen Werkzeug 40
identisch ist und mit einer unteren Nietmatrize 86, die identisch ist mit
den bisher gemäß Fig. 1E und 5E verwendeten Matrizen 86 einem Niet
vorgang unterzogen, der in Fig. 6F im Endzustand gezeigt ist. Dieser Zu
stand entspricht wiederum vollständig dem Zustand gemäß Fig. 1E, und
man merkt, daß das Blechmaterial formschlüssig zwischen dem Kopfteil
18 des Funktionselementes und dem umgebördelten Nietabschnitt 20 ge
klemmt ist, wobei aufgrund der eintretenden Volumenverkleinerung das
Blechmaterial im Bereich zwischen der Auflagefläche 16 und dem umge
bördelten Nietabschnitt 20 einer erheblichen Kompression ausgesetzt ist,
die zu einer plastischen Verformung des Materials und zu einer perma
nenten Kompressionsspannung führt, die für eine hochwertige Verbin
dung des Funktionselementes 10 am Blechteil 14 sorgt. Man kann sich
leicht vorstellen, daß es möglich wäre anstatt Verdrehsicherungsnasen
Verdrehsicherungsvertiefungen in der Auflagefläche 16 und/oder im Be
reich des Übergangs von der Auflagefläche 16 in den Nietabschnitt 20 vor
zusehen, da man bei geeigneter Dimensionierung der verwendeten Werk
zeuge ohne weiteres ausreichendes Material im Bereich der konusförmigen
Ringvertiefung 120 schaffen kann, daß es möglich ist, solche Verdrehsicherungsvertiefungen
zu füllen und dennoch eine plastische Verformung
und Kompression des Blechmaterials zwischen der Auflagefläche 15 und
dem umgebördelten Nietabschnitt 20 zu schaffen.
Die hier beschriebenen Funktionselemente können zum Beispiel aus allen
Materialien hergestellt werden, die die Festigkeitsklasse 5.6 oder höher
erreichen. Solche Metallwerkstoffe sind üblicherweise Kohlenstoffstähle
mit 0,15 bis 0,55% Kohlenstoffgehalt.
Bei allen Ausführungsformen können auch als Beispiel für den Werkstoff
der Funktionselemente alle Materialien genannt werden, die im Rahmen
der Kaltverformung die Festigungswerte der Klasse 8 gemäß Isostandard
erreichen, beispielsweise eine 35B2-Legierung gemäß DIN 1654. Die so
gebildeten Befestigungselemente eigenen sich u. a. für alle handelsübli
chen Stahlwerkstoffe für ziehfähige Blechteile wie auch für Aluminium
oder deren Legierungen. Auch können Aluminiumlegierungen, insbeson
dere solche mit hoher Festigkeit, für die Funktionselemente benutzt wer
den, z. B. AlMg5. Auch kommen Funktionselemente aus höherfesten Ma
gnesiumlegierungen wie bspw. AM50 in Frage.
Claims (12)
1. Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements (10) an ein
Blechteil (14), wobei das Funktionselement einen eine ringförmige
Auflagefläche (16) aufweisenden Kopfteil (18) und einen rohrförmi
gen, auf der Seite der Auflagefläche (16) des Kopfteils vorgesehenen,
vom Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt (20) aufweist und ge
gebenenfalls Verdrehsicherungsmerkmale (26), wie beispielsweise
Verdrehsicherungsvertiefungen bzw. -nasen, die im Bereich der
Auflagefläche (16) und/oder im Bereich des Überganges der Aufla
gefläche in den Nietabschnitt (20) an diesem vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Blechteil (14) auf einer Lochmatrize (42) abgestützt wird,
die eine Bohrung (54) aufweist, deren Durchmesser zumindest im
wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts (20) ent
spricht oder etwas größer als dieser ist, wobei die Bohrung in die
dem Blechteil zugewandten Stirnseite der Lochmatrize (42) mündet
und über eine zur Längsachse (12) der Matrize schräggestellten
Ringfläche (60) in eine gegenüber der Mündung (59) der Bohrung
zurückversetzte, ringförmige Auflagefläche (64) der Lochmatrize
übergeht, daß das Funktionselement (10) auf das auf der Lochma
trize (42) abgestützte Blechteil (14) gedrückt wird, um mittels des
selbststanzend ausgebildeten Nietabschnitts (20) einen Stanzbutzen
(66) aus dem Blechteil (14) herauszustanzen und über die schrägge
stellte Ringfläche (60) der Lochmatrize eine konusförmige Erhöhung
(24) im Blechteil (14) zu erzeugen, die das durch das Herausstanzen
des Stanzbutzens erzeugte Stanzloch (70) umgibt, daß das Blechteil
(14) mit dem Funktionselement (10), dessen Nietabschnitt (20) sich
im Stanzloch befindet, anschließend an eine Nietmatrize (86) ge
drückt wird, die koaxial zur Längsachse des Funktionselements (10)
an ihrer dem Blechteil (14) zugewandten Stirnseite einen zur Um
bördelung des Nietabschnitts (20) ausgelegten Vorsprung aufweist,
der das Blechteil (14) in vollständige Anlage an die Auflagefläche (16)
des Funktionselements (10) bringt, so daß das Blechteil (14) um das
Stanzloch (70) herum zwischen dem umgebördelten Nietabschnitt
(20) und der Auflagefläche (16) des Funktionselements (10) form
schlüssig eingeklemmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei dem Lochvorgang zur Erzeugung des Stanzloches (70) der
Nietabschnitt (20) des Funktionselements (10) in das Stanzloch (70)
eingeklemmt wird, wodurch das Element (10) kraftschlüssig mit
dem Blechteil (14) verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kopfteil des Funktionsele
ments in einer stirnseitigen Vertiefung (46) eines Werkzeugs (40)
aufgenommen ist, wobei die Auflagefläche (16) des Funktionsele
ments (10) von der Stirnseite (52) des Werkzeugs (40) zurückversetzt
ist, das freie Ende des Nietabschnitts (20) jedoch vor der Stirnseite
(52) der Matrize vorsteht, wodurch, wenn das Funktionselement (10)
auf das Blechteil (14) gedrückt wird, der Nietabschnitt (20) zunächst
den Stanzbutzen heraustrennt, während das Blechteil (14) an der
ringförmigen Umrandung (62) der Mündung (59) der Bohrung der
Lochmatrize abgestützt wird und durch eine weitere drückende Be
wegung des Werkzeugs (40) mit dem Funktionselement (10) auf die
Lochmatrize (42) zu der Nietabschnitt (20) durch das Stanzloch (70)
hindurchgedrückt wird und die Stirnseite (52) des Werkzeugs (40)
das Blechteil (14) zur Anlage an die ringförmige Auflagefläche (64)
der Lochmatrize bringt und hierdurch die konusförmige Erhöhung
(24) im Blechteil (14) erzeugt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Lochvorgang für den Nietvorgang das Funktionsele
ment (10) in einer Vertiefung (22) eines zweiten Werkzeugs (80) auf
genommen wird, dessen Stirnseite um einen Betrag über die Aufla
gefläche (16) des Funktionselements (10) hinausragt, der kleiner ist
als bei dem ersten Werkzeug (40), daß die Höhe der konusförmigen
Erhöhung (24) im Blechteil (14) so gewählt wird, daß diese Höhe
größer ist als der genannte Betrag und daß beim anschließenden
Nietvorgang durch Niederdrücken der konusförmigen Erhöhung (24)
des Blechteils (14) mittels der Auflagefläche (16) des Funktionsele
ments (10) und der Stirnseite des zweiten Werkzeugs das Blechma
terial in radialer Richtung gegen den Nietabschnitt (20) im Bereich
dessen Übergang in die Auflagefläche (16) gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung (54) der Lochmatrize (42) mit einem Durchmesser
gewählt wird, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des
Nietabschnitts (20), und zwar in radialer Richtung um einen Betrag,
der geringer ist als die Blechstärke, vorzugsweise kleiner als die
Hälfte der Blechstärke, und daß die Bohrung (54) der Lochmatrize
(42) über eine konusförmige Ringfläche (58) in die genannte schräg
gestellte Ringfläche (60) der Lochmatrize (42) übergeht, wodurch
beim Lochvorgang eine auf der Unterseite des Blechteils (14) vom
Kopfteil des Funktionselements (10) wegragende Ringlippe (68) um
das Stanzloch (70) im Blechteil (14) herum zwischen dem Nietab
schnitt (20) und der Bohrung (54) der Lochmatrize (42) gebildet
wird, welche beim anschließenden Nietvorgang einen Materialvorrat
bildet, der für einen kompressiven Druck im Blechmaterial um den
Nietabschnitt (20) des Funktionselements (10) herum sorgt, so daß
das Blechmaterial einen entsprechenden radialen Druck auf den
Nietabschnitt (20) ausübt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Funktionselement gegen das Blechteil mittels eines Werk
zeugs (40) gedrückt wird, das von einem gefederten Niederhalter
(100) umgeben ist, der bereits vor Berührung des Nietabschnitts
(20) des Funktionselements (10) mit dem Blechteil (14) das Blechteil
an die genannte tieferliegende, ringförmige Auflagefläche (64) der
Lochmatrize (42) andrückt und bereits vor Durchführung des Loch
vorgangs die genannte konusförmige Erhöhung (15) im Blechteil da
durch erzeugt, daß das Blechteil zwischen der Mündung (59) der
Lochbohrung (54) der Lochmatrize (42) und der zurückversetzten
Auflagefläche (64) der Lochmatrize (42) gespannt wird und daß der
Lochvorgang anschließend durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Lochvorgang für den Nietvorgang das Funktionsele
ment (10) in einer Vertiefung eines zweiten Werkzeugs (80) aufge
nommen wird, dessen Stirnseite um einen Betrag über die Auflage
fläche (16) des Funktionselements (10) hinausragt, der kleiner ist
als dem ersten Werkzeug (40), daß die Höhe der konusförmigen Er
höhung (24) im Blechteil (14) so gewählt wird, daß diese Höhe grö
ßer ist als der genannte Betrag und daß beim anschließenden Niet
vorgang durch Niederdrücken der konusförmigen Erhöhung (24) des
Blechteils (14) mittels der Auflagefläche (16) des Funktionselements
(10) und der Stirnseite des zweiten Werkzeugs (80) das Blechmateri
al in radialer Richtung gegen den Nietabschnitt (20) im Bereich des
sen Übergang in die Auflagefläche (16) gedrückt wird.
8. Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements (10) an ein
Blechteil (14), wobei das Funktionselement (10) einen eine ringför
mige Auflagefläche (16) aufweisenden Kopfteil (18) und einen rohr
förmigen, auf der Seite der Auflagefläche des Kopfteils vorgesehenen,
vom Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt (20) aufweist und ge
gebenenfalls Verdrehsicherungsmerkmale (26), wie beispielsweise
Verdrehsicherungsvertiefungen bzw. -nasen (26), die im Bereich der
Auflagefläche (16) und/oder im Bereich des Überganges der Aufla
gefläche (16) in den Nietabschnitt (20) an diesem vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Blechteil (14) auf einer Lochmatrize (42) abgestützt wird,
die eine Bohrung (54) aufweist, deren Durchmesser zumindest im
wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht
oder etwas größer als dieser ist, wobei die Bohrung in eine dem
Blechteil zugewandten Vertiefung (110) in der Stirnseite der
Lochmatrize mündet, und diese Vertiefung in eine axial vor der
Mündung (59) der Bohrung (54) liegende, ringförmige Auflagefläche
(64) der Lochmatrize übergeht, daß das Funktionselement auf das
auf der Auflagefläche der Lochmatrize (42) abgestützte Blechteil (14)
gedrückt wird, um mittels des selbststanzend ausgebildeten Nietab
schnitts (20) einen Stanzbutzen (66) aus dem Blechteil (14) heraus
zustanzen und über die Vertiefung (110) der Lochmatrize eine ko
nusförmige Vertiefung (120) im Blechteil zu erzeugen, die das durch
das Herausstanzen des Stanzbutzens erzeugte Stanzloch (70) um
gibt, daß das Blechteil mit dem Funktionselement, dessen Nietab
schnitt (20) sich im Stanzloch befindet, anschließend an eine Niet
matrize (86) gedrückt wird, die koaxial zur Längsachse (12) des
Funktionselements an ihrer dem Blechteil zugewandten Stirnseite
einen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung
(88) aufweist, der das Blechteil in vollständige Anlage an die Aufla
gefläche (16) des Funktionselements (10) bringt, so daß das Blech
teil (14) um das Stanzloch (70) herum zwischen dem umgebördelten
Nietabschnitt (20) und der Auflagefläche (16) des Funktionselements
(10) formschlüssig eingeklemmt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die konusförmige Vertiefung im Blechteil (14) beim Nietvorgang
zu einer konusförmigen Erhebung (24) umgeformt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter Berücksichtigung etwaiger Verdrehsicherungsmerkmale
(26), die als Vertiefungen und/oder Nasen in der Auflagefläche (16)
und/oder im Bereich des Übergangs der Auflagefläche (16) in den
Nietabschnitt (20) und/oder im Nietabschnitt (20) vorgesehen sind,
ein Materialüberschuß in der konusförmigen Vertiefung des Blech
teils (14) gegenüber der Materialmenge, die im eingenieteten Zu
stand zwischen der Auflagefläche (16) des Funktionselements (10)
und dem umgebördelten Nietabschnitt (20) angeordnet ist, entsteht,
wodurch das Blechmaterial bei der Umformung plastisch verformt
wird und einen permanenten radialen Druck auf den Nietabschnitt
(20) ausübt.
11. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 1 bis 10, bestehend aus einem ersten Werkzeug (40) zur
Aufnahme des Funktionselements und um dieses gegen das von ei
ner Lochmatrize (42) abgestützte Blechteil (14) zu drücken und ei
nem zweiten Werkzeug (80) zur Aufnahme des im Blechteil (14)
klemmend aufgenommenen Funktionselements und zum Drücken
des Funktionselements (10) mit Blechteil (14) auf eine Nietmatrize
(86).
12. Werkzeugsatz nach Anspruch 11 zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Werkzeug (40)
einen gefederten Blechniederhalter (100) umfaßt.
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