DE102005036249B4 - Assembly comprising a plastic part and a sheet metal part connected thereto - Google Patents
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Abstract
Baugruppe,
umfassend
ein Kunststoffteil (10) und ein mit diesem verbundenes Blechteil
(22), wobei das Blechteil (22) und das Kunststoffteil (10) derart
durch plastisches Verformen eines einstückig mit dem Kunststoffteil
(10) ausgebildeten Nietdomes (12) zusammengefügt sind, dass Kunststoffmaterial
des Kunststoffteils (10) eine Öffnung
(24) des Blechteils (22) längs
einer Durchsetzungsrichtung (F) durchsetzt und mit einem aus der
plastischen Verformung sich ergebenden Nietkopf (26) hintergreift,
wobei ein Innenrand (30) der Öffnung
(24) definiert ist als die die Öffnung
(24) umschreibende und in einer Ebene orthogonal zur Durchsetzungsrichtung
(F) auf einer Blechteilaußenfläche (22b)
liegende geschlossene Kurve mit dem kleinsten Flächeninhalt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nietkopf (26) folgende charakteristische Flächen aufweist:
eine
virtuelle geschlossene innere Belastungsfläche (38), welche sich vom Innenrand
(30) der Öffnung
(24) in radialer Richtung zu einer Öffnungsachse (O) hin erstreckt,
die den Flächenschwerpunkt
der Öffnung
(24) enthält
und in Durchsetzungsrichtung (F) verläuft, und eine virtuelle geschlossene...Assembly comprising
a plastic part (10) and a sheet metal part (22) connected thereto, wherein the sheet metal part (22) and the plastic part (10) are joined by plastically deforming a rivet dome (12) formed integrally with the plastic part (10) Plastic part (10) passes through an opening (24) of the sheet metal part (22) along an enforcement direction (F) and engages behind with a rivet head (26) resulting from the plastic deformation, wherein an inner edge (30) of the opening (24) is defined as the closed curve with the smallest surface area circumscribing the opening (24) and lying in a plane orthogonal to the direction of enforcement (F) on a sheet metal part outer surface (22b),
characterized in that the rivet head (26) has the following characteristic surfaces:
a virtual closed inner loading surface (38) which extends from the inner edge (30) of the opening (24) in the radial direction to an opening axis (O) which contains the centroid of the opening (24) and extends in the direction of enforcement (F), and a virtual closed ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine Baugruppe umfassend ein Kunststoffteil und ein mit diesem verbundenes Blechteil, wobei das Blechteil und das Kunststoffteil derart durch plastisches Verformen eines einstückig mit dem Kunststoffteil ausgebildeten Nietdomes zusammengefügt sind, dass Kunststoffmaterial des Kunststoffteils eine Öffnung des Blechteils längs einer Durchsetzungsrichtung durchsetzt und mit einem aus der plastischen Verformung sich ergebenden Nietkopf hintergreift.The The present invention relates generally to an assembly comprising a plastic part and a sheet metal part connected thereto, wherein the sheet metal part and the plastic part in such a way by plastic deformation one piece assembled with the plastic part formed rivet dome, that plastic material of the plastic part has an opening of the Sheet metal part along penetrated by a direction of enforcement and with one of the plastic Deformation resulting rivet head engages behind.
In der Industrie, insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie, sind derartige Baugruppen häufig anzutreffen, bei welchen Kunststoff- und Blechteile miteinander verbunden sind. Bei diesen Baugruppen können die vorteilhaften Eigenschaften der verwendeten unterschiedlichen Werkstoffe gut ausgenutzt werden, indem beispielsweise die im Vergleich zum Kunststoffteil höhere Grundfestigkeit eines Blechteils zur Bereitstellung einer gewünschten Stabilität genutzt wird und gleichzeitig die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten von Kunststoffteilen zur Bereitstellung einer gewünschten komplexen Geometrie genutzt werden, wobei selbstverständlich stets weitere funktionelle Anforderungen von den einzelnen Teilen zu erfüllen sein können.In industry, especially in the automotive industry such assemblies frequently encountered, in which plastic and sheet metal parts are connected together. In these assemblies can the advantageous properties of the different ones used Materials are well exploited, for example, by comparison to the plastic part higher Basic strength of a sheet metal part to provide a desired stability is used and at the same time the diverse design options of plastic parts to provide a desired complex geometry are used, of course, always be more functional requirements to be met by the individual parts can.
Eine
Baugruppe, bei welcher ein Kunststoffteil und ein weiteres Bauteil,
das allerdings nicht als Blechteil offenbart ist, durch plastisches
Verformen eines einstückig
mit dem Kunststoffteil ausgebildeten Nietdoms zusammengefügt sind,
ist aus der
Häufig ist
im Stand der Technik, wie oben geschildert, das Kunststoffteil aus
einem thermoplastischen Werkstoff gebildet, wobei in anderen Ausführungsformen
ein röhrenförmiger Nietdom
von dem Kunststoffteil abstehen und dazu vorgesehen sein kann, eine Öffnung in
dem Blechteil zu durchsetzen, wobei der Nietdom im Durchsetzungszustand
plastisch umgeformt wird, so dass ein aus dem Nietdom durch dessen
Umformung resultierender Nietkopf materialzusammenhängend mit
dem Kunststoffteil das Blechteil formschlüssig hintergreift. Das für die Umformung
des Nietdoms erforderliche Plastifizieren des Kunststoffmaterials
kann durch Erwärmung
mittels Heißluft,
durch Ultraschallbehandlung oder dergleichen erfolgen. In der
Gemäß der Vorgehensweise des Standes der Technik war der aus der plastischen Umformung sich ergebende Nietkopf bisher nicht Gegenstand von detaillierten Auslegungsuntersuchungen. Ausreichende Verbindungssicherheit wurde im Wesentlichen durch Vorsehen einer ausreichenden Anzahl von Verbindungsstellen mit entsprechenden Nietköpfen erzeugt.According to the procedure The prior art was that of plastic deformation itself resulting rivet head not previously the subject of detailed design investigations. Sufficient connection security was essentially provided by provision a sufficient number of joints with appropriate rivet heads generated.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbindung zwischen einem Blechteil und einem Kunststoffteil zur Bildung einer Baugruppe der eingangs genannten Art allgemein zu verbessern, um so durch Erzielung größtmöglicher Verbindungsfestigkeit einer einzelnen Verbindung sowohl die Anzahl von insgesamt benötigten Verbindungsstellen bei größeren Bauteilen zu reduzieren, als auch den Material- und Umformungsarbeitsaufwand an einer einzelnen Verbindungsstelle zu optimieren.It is therefore an object of the present invention, the connection between a sheet metal part and a plastic part to form an assembly of the type mentioned above to improve in order to Achieving the greatest possible Bonding strength of a single compound both the number of a total needed Connecting points for larger components as well as the material and conversion work effort to optimize at a single connection point.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Baugruppe mit allen Merkmalen des Anspruchs 1. These Task is done according to a First aspect of the present invention solved by a Assembly with all features of claim 1.
Bei der festigkeitsorientierten Auslegung der Nietverbindung hat es sich gezeigt, dass es ausreicht, bestimmte charakteristische Orte des Nietkopfes und des Blechteils zu bestimmen und die Nietkopfgeometrie sowie die Geometrie der Blechteilöffnung hinsichtlich dieser charakteristischen Orte zu gestalten, um eine Nietverbindung mit deutlich besseren Festigkeitseigenschaften zu erzielen, als sie bisher im Stand der Technik bekannt sind.at the strength-oriented design of the riveted joint has it it has been shown that there are enough characteristic places to determine the rivet head and the sheet metal part and the Nietkopfgeometrie as well as the geometry of the sheet metal part opening with respect to this characteristic places to make a riveted connection with to achieve significantly better strength properties than they used to are known in the art.
Zur leichteren Beschreibung der Verbindung aus Kunststoffteil und Blechteil sei zunächst der Innenrand der Blechteilöffnung definiert. Beim Innenrand der Blechteilöffnung handelt es sich um eine auf der Blechteilaußenfläche liegende geschlossene Kurve. Die den Innenrand der Öffnung bildende geschlossene Kurve liegt dabei in einer Ebene orthogonal zur Durchsetzungsrichtung, in welcher Kunststoffmaterial die Öffnung im Blechteil durchsetzt. Dabei ist der Innenrand der Öffnung diejenige aller möglichen Kurven, welche den kleinsten Flächeninhalt aufweist. Falls, etwa bei einer zylindrischen Öffnung des Blechteils, mehrere Kurven den gleichen Flächeninhalt aufweisen sollten, so ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung diejenige dieser Kurven, welche am nächsten zum Nietkopf hin gelegen ist, der nietkopfseitige Innenrand der Öffnung und diejenige der Kurven, welche am nächsten am Kunststoffteil gelegen ist, der kunststoffteilseitige Innenrand der Öffnung.to easier description of the connection of plastic part and sheet metal part be first the inner edge of the sheet metal part opening Are defined. The inner edge of the sheet metal part opening is a lying on the sheet metal part outer surface closed curve. The closed edge forming the inner edge of the opening Curve lies in a plane orthogonal to the direction of enforcement, in which plastic material passes through the opening in the sheet metal part. Here is the inner edge of the opening the one of all possible curves, which the smallest surface area having. If, for example, in a cylindrical opening of the sheet metal part, several Curves the same area should have, for the purposes of the present application, the one these curves, which are the closest is located towards the rivet head, the rivet-side inner edge of the opening and that of the curves closest to the plastic part, the plastic part side inner edge of the opening.
Eine erste der zuvor genannten charakteristischen Flächen, welche zur Beschreibung des Nietkopfes und seiner Geometrie verwendet werden, ist eine virtuelle geschlossene innere Belastungsfläche, welche sich vom Innenrand der Öffnung in radialer Richtung zu einer Öffnungsachse der Blechteilöffnung hin erstreckt. Die Öffnungsachse enthält den Flächenschwerpunkt der Öffnungsfläche und verläuft in Durchsetzungsrichtung. Eine weitere charakteristische Fläche ist eine virtuelle geschlossene Nietkopf-Scherfläche, welche sich entgegen der Durchsetzungsrichtung von einer Außenfläche des Nietkopfes bis zu dem, ggf. nietkopfseitigen, Innenrand der Öffnung erstreckt. Orthogonal zur Durchsetzungsrichtung erstreckt sich die virtuelle Nietkopf-Scherfläche entlang des Innenrandes der Öffnung. Diese virtuelle Nietkopf-Scherfläche liegt also vollständig im Inneren des Nietkopfes. Da der Innenrand der Öffnung eine geschlossene Kurve ist, sind somit auch die virtuelle innere Belastungsfläche und die virtuelle Nietkopf-Scherfläche geschlossen.A first of the aforesaid characteristic surfaces used to describe the rivet head and its geometry is a virtual closed inner loading surface extending from the inner edge of the opening into a radial one Direction extends to an opening axis of the sheet metal part opening. The opening axis contains the area centroid of the opening area and extends in the direction of enforcement. Another characteristic surface is a virtual closed rivet head shear surface, which extends counter to the direction of enforcement of an outer surface of the rivet head to the, possibly rivet head side, inner edge of the opening. Orthogonal to the direction of penetration, the virtual rivet shearing surface extends along the inner edge of the opening. This virtual rivet shear surface is thus located completely inside the rivet head. Since the inner edge of the opening is a closed curve, thus also the virtual inner load surface and the virtual Nietkopf shear surface are closed.
Eine weitere die Nietverbindung charakterisierende Fläche ist eine virtuelle geschlossene Blechteil-Scherfläche, die sich längs des radial äußeren Randes der Anlagefläche des Nietkopfes an einer dem Nietkopf zugewandten Außenfläche des Blechteils sowie in Durchsetzungsrichtung über die gesamte Blechteildicke erstreckt.A another surface which characterizes the rivet connection is a virtual closed sheet-metal part shear surface which along the radially outer edge the contact surface of the rivet head on an outer surface of the rivet head facing the rivet head Sheet metal part and in the direction of enforcement over the entire sheet metal thickness extends.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Nietkopf nicht mehr wie im Stand der Technik mit einem Einheitswerkzeug umgeformt, sondern wird bei der Umformung derart ausgebildet, dass die Flächeninhalte jeweils der inneren Belastungsfläche, der virtuellen Nietkopf-Scherfläche und der virtuellen Blechteil-Scherfläche in Abhängigkeit von einer auf die Verbindung von Kunststoffteil und Blechteil ausgeübten vorbestimmten Belastung und in Abhängigkeit von vorbestimmten Materialeigenschaften des Kunststoffteils und des Blechteils bemessen sind.According to the present Invention, the rivet head is no longer as in the prior art is formed with a unitary tool but is used during forming designed such that the surface contents each of the inner load surface, the virtual rivet head shear surface and the virtual sheet metal shearing surface depending on one of the Connection of plastic part and sheet metal part exerted predetermined Burden and depending of predetermined material properties of the plastic part and of the sheet metal part are dimensioned.
Dies bedeutet, dass eine Mehrzahl von unterschiedlichen Umformstempeln zur Umformung des Nietdomes in einen Nietkopf vorliegen müssen, welche sich in ihrer Formgeometrie zumindest derart unterscheiden, dass die aus ihnen jeweils hervorgehenden Nietköpfe virtuelle Nietkopf-Scherflächen mit jeweils unterschiedlichen Flächeninhalten und am Blechteil anliegende Außenränder mit unterschiedlichen Radien aufweisen. Aus der Mehrzahl von Umformstempeln wird ausgehend von einem vorbestimmten Belastungsfall sowie weiter ausgehend von vorbestimmten Materialeigenschaften von Kunststoffmaterial und Blech, wie etwa Zugfestigkeit, Flächenpressung und Scherfestigkeit usw., der jeweils am besten geeignete Umformstempel ausgewählt und mit diesem der Nietkopf erzeugt.This means that a plurality of different forming dies need to be present for forming the rivet dome in a rivet head, which differ in their shape geometry at least such that the rivet heads that emerge from each of them have virtual rivet head shear planes, respectively different surface contents and on the sheet metal part adjacent outer edges with have different radii. From the majority of forming dies is based on a predetermined load case as well as on based on predetermined material properties of plastic material and sheet such as tensile strength, surface pressure and shear strength etc., the most appropriate forming die selected and generated with this the rivet head.
Dieses Verfahren ist zwar gegenüber dem bisher verwendeten Verfahren mit einem Einheits-Umformstempel aufwendiger, ist jedoch durch die deutlich höhere Festigkeit der erzeugten Nietverbindung mehr als gerechtfertigt.This Although the procedure is opposite the previously used method with a unit forming stamp more expensive, but is produced by the significantly higher strength of the Rivet connection more than justified.
Geht man dabei davon aus, dass die Geometrie der Öffnung des Blechteils als erstes feststeht, so wird der Flächeninhalt der virtuellen Nietkopf-Scherfläche nur noch bestimmt durch die Höhe des Nietkopfes in Durchsetzungsrichtung über dem (nietkopfnahen) Innenrand der Blechteilöffnung.going assume that the geometry of the opening of the sheet metal part as the first is fixed, then the area becomes the virtual rivet shear surface only still determined by the height of the Nietkopfes in the direction of enforcement above the (nietkopfnahen) inner edge the sheet metal part opening.
Ebenso ist der Außenrand der Anlagefläche des Nietkopfes an der ihm zugewandten Außenfläche des Blechteils eindeutig durch seinen Radius definiert. Durch diese Vereinfachung kann die Klassifizierung und Auswahl von Umformstempeln erheblich erleichtert werden.As well is the outer edge the contact surface of the Nietkopfes on the outer surface facing the sheet metal part clearly defined by its radius. Through this simplification, the Classification and selection of forming dies greatly facilitated become.
Die innere Belastungsfläche wird im Gegensatz zu den anderen beiden genannten charakteristischen Flächen nicht erst durch Umformung des Nietdomes zu einem Nietkopf, sondern bereits mit Durchstecken des Nietdomes durch die Blechteilöffnung erzeugt.The internal load area is unlike the other two mentioned characteristic surfaces not only by reshaping the rivet dome to a rivet head, but already created by inserting the rivet dome through the sheet metal part opening.
Für die Nietverbindung sind im Wesentlichen zwei Lastfälle von großer Bedeutung, das sind zum einen eine Zugbelastung in Durchsetzungsrichtung und zum anderen eine Schubbelastung orthogonal zur Durchsetzungsrichtung, letztere auch als Scherbelastung bezeichnet.For the riveted joint are essentially two load cases of great Meaning, these are on the one hand a tensile load in the direction of enforcement and on the other hand, a thrust load orthogonal to the direction of enforcement, the latter also known as shear stress.
Im Falle einer Zugbelastung in Durchsetzungsrichtung hat es sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn der Nietkopf derart gestaltet ist, dass die prozentuale Auslastung der Zugbelastbarkeit des Kunststoffteils in der inneren Belastungsfläche, die prozentuale Auslastung der Schubbelastbarkeit des Kunststoffteils in der virtuellen Nietkopf-Scherfläche und die prozentuale Auslastung der Schubbelastbarkeit des Blechteils in der Blechteil-Scherfläche im Wesentlichen gleich groß sind.in the If a tensile load in the direction of enforcement, it has to be extremely beneficial proven, if the rivet head is designed such that the percentage Utilization of the tensile strength of the plastic part in the inner Loading area the percentage utilization of the shear load capacity of the plastic part in the virtual rivet shear surface and the percentage utilization the shear load capacity of the sheet metal part in the sheet metal part-shear surface substantially are the same size.
Mit Auslastung einer spezifischen Belastbarkeit, etwa Schubbelastbarkeit, ist dabei das Verhältnis von tatsächlich auftretender Belastung der jeweiligen Art, etwa Schubspannungen, zu auf Grund von Materialfestigkeit maximal möglicher Belastung der jeweiligen Art, etwa Schubspannungsfestigkeit, in Prozent bezeichnet.With Utilization of a specific load capacity, such as shear load capacity, is the ratio from actually occurring load of the respective type, such as shear stresses, due to material strength maximum possible load of the respective Type, about shear stress strength, in percent called.
Die Auslastungen sollen im Sinne der vorliegenden Anmeldung als „im Wesentlichen gleich groß" gelten, wenn sich die prozentuale Auslastung von Schubbelastbarkeit in der virtuellen Nietkopf-Scherfläche und Druckbelastbarkeit in der äußeren Druckfläche nicht mehr als 20%, vorzugsweise nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5% unterscheiden.The Utilization is intended in the sense of the present application as "essentially same size "apply when the percentage utilization of shear load in the virtual Rivet head-shaving surface and compressibility in the outer pressure surface is not more than 20%, preferably not more than 10%, more preferably do not differ more than 5%.
In den allermeisten Fällen wird die Öffnung im Blechteil einen Kreisquerschnitt besitzen, so dass die Achse der Öffnung durch den Mittelpunkt der Kurve geht. Jedoch sollen von der vorliegenden Anmeldung auch Öffnungen mit beliebigen Querschnittsformen erfasst sein. In diesem Falle gilt allgemein als Öffnungsachse diejenige Achse, welche den Flächenschwerpunkt der vom Innenrand der Öffnung umschriebenen Fläche enthält.In most cases, the opening in the sheet metal part will have a circular cross section, so that the axis of the opening passes through the center of the curve. However, from the present application tion openings with any cross-sectional shapes can be detected. In this case, the axis which contains the area center of gravity of the surface circumscribed by the inner edge of the opening generally applies as the opening axis.
Da aus Sicherheitsgründen nicht davon ausgegangen werden soll, dass ein zentraler Abschnitt des die Öffnung im Blechteil verschließenden Kunststoffmaterials in nennenswerter Weise zur Aufnahme von auf die Nietverbindung einwirkenden Belastungen dient, wird vorzugsweise lediglich eine längs des Öffnungsrandes verlaufende Fläche mit radialer Erstreckung zur Öffnungsachse hin betrachtet, welche sich radial jedoch nicht bis zur Öffnungsachse erstreckt. Es hat sich hierbei als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn man die virtuelle innere Belastungsfläche derart wählt, dass sie sich im Wesentlichen über den halben radialen Abstand des Öffnungsrandes von der Öffnungsachse erstreckt.There for safety reasons It should not be assumed that a central section of the the opening closing in the sheet metal part Plastic material in a significant way for receiving on the rivet connection acting loads is preferably only one longitudinal the opening edge running surface with radial extent to the opening axis considered, which radially but not to the opening axis extends. It has proved to be extremely advantageous here if one chooses the virtual inner load surface such that They are essentially about the half radial distance of the opening edge of the opening axis extends.
Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch gelöst durch eine Baugruppe mit allen Merkmalen des Anspruchs 4. Dabei hat sich gezeigt, dass eine deutlich erhöhte Verbindungsfestigkeit erhalten werden kann, wenn ein die Öffnung umrandender Abschnitt des Blechteils bezüglich des ihn umgebenden Blechs in Durchsetzungsrichtung abgewinkelt ist. Diese Abwinkelung ist im Folgenden als „Kantenabstellung" bezeichnet. Durch eine derartige Abwinkelung wird erreicht, dass die Öffnung im Blechteil durch einen vom Blechteil abstehenden Rand beliebig wählbarer Höhe eingefasst ist. Dieser Rand wird vorteilhafterweise von dem Nietkopf umgriffen, was die Formschlusseigenschaften der Nietverbindung deutlich erhöht, besonders im Hinblick auf Belastungen durch Vibration.The The above object is according to a further aspect of the present invention also solved by an assembly with all features of claim 4. It has shown that a significantly increased Joining strength can be obtained when a section surrounding the opening of the sheet metal part with respect to of the surrounding sheet is angled in the direction of enforcement. This bend is hereafter referred to as "edge stop" such a bend is achieved that the opening in Sheet metal part arbitrarily selectable by an edge projecting from the sheet metal part Height edged is. This edge is advantageously encompassed by the rivet head, which significantly increases the positive locking properties of the riveted joint, especially with regard to stresses due to vibration.
Für den weiteren o.g. Belastungsfall durch Schubbelastung ist es vorteilhaft, eine innere Druckfläche der Nietverbindung der Baugruppe als weitere charakteristische Fläche der Nietverbindung heranzuziehen, welche definiert ist als die Projektion der Anlagefläche des Nietkopfes an dem Blechteil in eine zur Durchsetzungsrichtung orthogonale Schubbelastungsrichtung auf eine zur Schubbelastungsrichtung orthogonale Projektionsebene. Im einfachsten Falle einer aus einem Blechteil ausgestanzten Öffnung ist die innere Druckfläche bei einer in einer Blechteilebene liegenden Schubbelastungsrichtung dann definiert durch die oben beschriebene Projektion des halben Umfangs der Öffnung multipliziert mit der Blechteildicke im Bereich der Öffnung.For the rest above-mentioned Load case by shear load, it is advantageous to a inner pressure surface the rivet connection of the assembly as a further characteristic surface of the To use riveting, which is defined as the projection the contact surface the rivet head on the sheet metal part in a direction of enforcement orthogonal thrust load direction orthogonal to the thrust loading direction Projection plane. In the simplest case one of a sheet metal part punched opening is the inner pressure surface at a lying in a sheet metal plane Schubbelastungsrichtung then defined by the projection of half described above Circumference of the opening multiplied by the sheet metal thickness in the area of the opening.
Zusätzlich oder alternativ zur vorgenannten Gestaltung der Nietverbindung hat es sich im Hinblick auf die Belastbarkeit der Nietverbindung besonders bei einer Schubbelastung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Flächeninhalte jeweils der inneren Druckfläche und der inneren Belastungsfläche in Abhängigkeit von einer auf die Verbindung von Kunststoffteil und Blechteil ausgeübten vorbestimmten Belastung und in Abhängigkeit von vorbestimmten Materialeigenschaften des Kunststoffteils und des Blechteils bemessen sind.Additionally or as an alternative to the aforementioned design of the riveted joint, it has especially in view of the load capacity of the riveted joint a thrust load proved to be advantageous when the area each of the inner pressure surface and the inner load surface dependent on from a predetermined one exerted on the connection of plastic part and sheet metal part Burden and depending of predetermined material properties of the plastic part and of the sheet metal part are dimensioned.
Bei einer orthogonal zur Durchsetzungsrichtung ausgeübten Schubbelastung wird diese innere Druckfläche auf Druck belastet, während die zuvor genannte virtuelle Belastungsfläche eine Scherbelastung erfährt. Es hat sich dabei gezeigt, dass eine vorteilhafte, weit haltbare, Nietverbindung dann vorliegt, wenn Nietkopf und Blechteil derart ausgebildet sind, dass bei der bezeichneten Schubbelastung die prozentuale Auslastung der zulässigen Flächenpressung des Blechteils in der inneren Druckfläche und die prozentuale Auslastung der Schubbelastbarkeit des Kunststoffteils in der virtuellen Belastungsfläche im Wesentlichen gleich groß sind. Hinsichtlich der Eigenschaft „im Wesentlichen gleich groß" wird auf das oben Gesagte verwiesen.at a thrust load applied orthogonal to the direction of enforcement becomes this inner pressure surface strained on pressure while the aforementioned virtual load area experiences a shearing load. It It has been found that an advantageous, long-lasting, riveted joint is present when the rivet head and sheet metal part are designed in such a way that at the designated shear load the percentage utilization the permissible surface pressure of the sheet metal part in the inner pressure surface and the percentage utilization the shear load capacity of the plastic part in the virtual load area substantially are the same size. With regard to the property "im Essentially the same size "will be on top Said directed.
Hierbei ist zu beachten, dass bei Vorsehen einer Kantenabstellung die Anlagefläche, auf welcher die innere Druckfläche basiert, aus zwei Teilflächen besteht, nämlich einer ersten Teilfläche, welche gebildet ist auf einem zur Öffnungsachse hinweisenden Flächenabschnitt des die Öffnung begrenzenden Blechabschnitts und einer zweiten Teilfläche, welcher der ersten Teilfläche bezüglich der Öffnungsachse gegenüberliegend auf einem auf der Kantenabstellung von der Öffnungsachse wegweisenden Flächenabschnitt ausgebildet ist.in this connection is to be noted that when providing a Kantenabstellung the contact surface, on which the inner pressure surface based, consists of two faces, namely a first partial area, which is formed on a surface portion facing the opening axis of the opening delimiting sheet metal section and a second partial surface, which is the first subarea in terms of opposite the opening axis on a surface portion pointing away from the opening axis on the edge stop is trained.
Die innere Druckfläche im Sinne der vorliegenden Anmeldung soll im Falle einer an der Öffnung ausgebildeten Kantenabstellung aus der Summe der bezeichneten Projektion dieser beiden Teilflächen gebildet sein.The inner pressure surface in the sense of the present application, in the case of a trained at the opening Edges off the sum of the designated projection of these formed two partial surfaces be.
Es ist im Zusammenhang mit der oben gegebenen Gestaltung des Nietkopfes hinsichtlich der prozentualen Auslastung der zulässigen Flächenpressung des Blechteils in der inneren Druckfläche leicht einzusehen, dass durch Kantenabstellung bei gleichen Materialfestigkeiten von Kunststoffteil und Blechteil und gleicher Schubbelastung die in der inneren Druckfläche auftretende Druckspannung auf Grund der nun größeren Fläche abnimmt, so dass auch die prozentuale Auslastung der zulässigen Flächenpressung mit zunehmender Kantenabstellung sinkt. Daher ist das Vorsehen der Kantenabstellung an sich sowie die Wahl der Höhe des abgestellten und die Öffnung einfassenden Blechteil-Randes ein weiterer die Festigkeit der Nietverbindung der Baugruppe bestimmender Konstruktionsparameter.It is in connection with the design of the rivet head given above in terms of the percentage utilization of the permissible surface pressure of the sheet metal part easy to see in the inner printing area, that by edge cutting at the same material strengths of Plastic part and sheet metal part and the same thrust load in the inner pressure surface occurring compressive stress due to the now larger area decreases, so that the percentage utilization of the permissible surface pressure decreases with increasing edge trim. Therefore, the provision of the Edge cut off as well as the choice of the height of the parked and the opening enclosing Sheet metal edge another strength of the riveted joint the assembly defining design parameters.
Schließlich wird die oben genannte Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt auch gelöst durch eine Baugruppe mit allen Merkmalen des Anspruchs 8. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Nietkopf derart ausgebildet ist, dass er seine maximale Ausdehnung in Durchsetzungsrichtung bezüglich einer zur Durchsetzungsrichtung orthogonalen Bezugsebene, etwa der Ebene der Öffnung des Innenrandes, über dem Innenrand der Öffnung aufweist und dass er ferner seine maximale Ausdehnung orthogonal zur Durchsetzungsrichtung in der Anlagefläche an der dem Nietkopf zugewandten Seite des Blechteils aufweist. Unter diesen Voraussetzungen wird entweder bei vorgegebener Festigkeit der Nietkopf mit dem geringsten Materialaufwand erhalten, oder es wird bei vorgegebenem für die Bildung des Nietkopfes zur Verfügung stehenden Material der Nietkopf mit der größten Festigkeit erhalten.Finally, the above object is also achieved by a further aspect an assembly with all features of claim 8. It is advantageous if the rivet head is designed such that it has its maximum extent in the direction of enforcement with respect to an orthogonal to the enforcement direction reference plane, such as the plane of the opening of the inner edge, above the inner edge of the opening and in that it furthermore has its maximum extent orthogonal to the direction of penetration in the contact surface on the side of the sheet-metal part facing the rivet head. Under these conditions, the rivet head is obtained with the least cost of materials either for a given strength, or it is obtained at a given for the formation of the rivet head available material of the rivet head with the greatest strength.
Vorzugsweise sind zur Vermeidung von Vorzugsrichtungen der Nietkopf und somit auch die Blechteilöffnung rotationssymmetrisch ausgebildet. In diesem Falle kann die oben angegebene Auslegung der Nietverbindung weiter vereinfacht werden, indem statt der charakteristischen Flächen lediglich die ihnen zugeordneten charakteristischen Abmessungen in einer die Rotationssymmetrieachse des Nietkopfes enthaltenden Längsschnittebene verwendet werden. Bei rotationssymmetrischen Nietköpfen fällt die Durchsetzungsrichtung mit der Richtung der Rotationssymmetrieachse zusammen. In diesem Falle ist leicht einzusehen, dass alle genannten charakteristischen Flächen die die Rotationssymmetrieachse enthaltende Längsschnittebene orthogonal längs einer jeweiligen Schnittlinie schneiden. Die so erhaltenen Schnittlinien stellen die oben genannten charakteristischen Abmessungen dar und können dann zur Bestimmung der Gestaltung des Nietkopfes die zuvor genannten Flächen ersetzen.Preferably are to avoid preferential directions of the rivet head and thus also the sheet metal part opening formed rotationally symmetrical. In this case, the above specified design of the riveted joint can be further simplified by instead of the characteristic areas only their characteristic dimensions in a rotational symmetry axis of the rivet head containing Longitudinal section plane be used. In rotationally symmetrical rivet heads falls the Enforcement direction with the direction of the rotational symmetry axis together. In this case, it is easy to see that all the characteristic surfaces the longitudinal plane of symmetry containing the rotational symmetry axis orthogonal along a cut each cutting line. The cut lines obtained in this way represent the above characteristic dimensions and can then for determining the design of the rivet head the aforementioned surfaces replace.
Zur weiteren Materialeinsparung kann das Kunststoffteil auf seiner vom Nietkopf abgewandten Seite im Bereich der Öffnung eine Vertiefung aufweisen.to further material savings, the plastic part on his vom Nietkopf side facing away in the region of the opening have a recess.
Wie bereits eingangs gesagt wurde, ist der unverformte Nietdom in der Verbindungsvorbereitung häufig als röhrenförmiges Bauteil ausgebildet, etwa durch Spritzgießen oder Pressen. Dabei ist im Stand der Technik die Öffnung im Inneren des röhrenförmigen Nietdoms in Erstreckungsrichtung des Nietdoms gelegentlich durchgehend. Hierdurch können sich Dichtigkeits- und Festigkeitsprobleme an der Baugruppe aus miteinander verbundenem Kunststoffteil und Blechteil ergeben. Beispielsweise kann Feuchtigkeit durch den so vom Nietdom gebildeten Kanal von einer Seite der Baugruppe zur anderen gelangen. Dies kann dadurch verhindert werden, dass das Kunststoffteil derart ausgebildet ist, dass die Öffnung des Blechteils von Kunststoffmaterial des mit dem Blechteil verbundenen Kunststoffteils verschlossen ist. Abgesehen von der somit erzielten Dichtigkeit wird so eine im Verbindungsbereich von Kunststoffteil und Blechteil durchgehende Kunststofffläche erhalten, was die Festigkeit des Kunststoffteils insgesamt, insbesondere jedoch im Bereich der Verbindung, erhöht.As already mentioned above, the undeformed rivet dome is in the Connection preparation often as a tubular component trained, such as by injection molding or pressing. It is in the prior art, the opening inside the tubular rivet dome Occasionally continuous in the extension direction of the rivet dome. hereby can leak and strength problems on the assembly result in interconnected plastic part and sheet metal part. For example Moisture can pass through the channel formed by the rivet dome one side of the module to the other. This can be done prevents the plastic part from being formed in such a way that that the opening of the Sheet metal part of plastic material of the connected to the sheet metal part Plastic part is closed. Apart from the thus achieved Tightness becomes such in the connection area of plastic part and Sheet metal part obtained by continuous plastic surface, giving the strength the plastic part as a whole, but especially in the field of Connection, increased.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:The The present invention will be described below with reference to the attached Drawings closer explained become. It shows:
In
Die
Dicke d des Nietdoms an dessen Stirnende beträgt etwa 90% der Dicke D des
im Wesentlichen ebenen Kunststoffteils
In
Das
Kunststoffmaterial des Kunststoffteils
Durch
plastisches Umformen des Nietdoms
Dieser
Nietkopf
Das
Blechteil
Von
der Außenfläche
Die
Anlage des Nietkopfes
Eine
weitere charakteristische Fläche
der Nietverbindung ist eine virtuelle Blechteil-Scherfläche
Als
weitere charakteristische Fläche
dient eine innere Druckfläche
Schließlich wird
bei der Auslegung und Beschreibung des Nietkopfes
Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
sind die Flächen
Der
Nietkopf
Als prozentuale Auslastung einer maximalen Materialfestigkeit ist dabei das Verhältnis von tatsächlich auftretender Last zu materialspezifisch maximal möglicher Last gleicher Art in Prozent bezeichnet.When percentage utilization of maximum material strength is thereby The relationship from actually occurring load to material-specific maximum possible Load of the same kind in percent.
Alternativ
oder zusätzlich
kann der Nietkopf
Der
Nietkopf
Durch
die vorgegebene Gestaltung des Nietkopfes
Durch
die Vertiefung
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