DE102006015816A1

DE102006015816A1 - Verfahren zum Anbringen eines Funktionselementes an einem Flachmaterial sowie Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem Flachmaterial

Info

Publication number: DE102006015816A1
Application number: DE102006015816A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Bei einem Verfahren zum Anbringen eines Funktionselementes, welches an einer Anlagefläche einen über diese Fläche wegstehenden und von einem hohlen oder röhrchenförmigen Abschnitt gebildeten Nietbund aufweist, an einem plastisch verformbaren Flachmaterial wird im Bereich einer Fügeöffnung im Flachmaterial durch plastische Verformung ein domartiger Abschnitt gebildet, der an seiner Basis eine Fügeöffnung aufweist, an der das Funktionselement in einem Füge- und Nietvorgang befestigt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Verbindung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 18.
Verfahren zum Anbringen oder Fixieren von Funktionselementen, insbesondere von Verbindungselementen wie Muttern, Bolzen oder dergleichen an einem Flachmaterial, beispielsweise an einem aus einem Flachmaterial hergestellten Werkstück sind in verschiedensten Ausführungen bekannt.

So ist u.a. auch ein Verfahren bekannt, bei dem das Verbinden bzw. Fixieren des jeweiligen Funktionselementes durch Vernieten im Bereich eines aus dem Flachmaterial durch bleibendes oder plastisches Verformen, d. h. Ziehen und/oder Pressen hergestellten domartigen Abschnitts erfolgt ( EP 539 793 B1 ). Bei diesem bekannten Verfahren wird aber nach dem Fügen und während des Vernietens des am Fuktionselement vorgesehenen Nietbundes der domartige Abschnitt derart verformt, dass der Durchmesser der Fügeöffnung im Flachmaterial reduziert und dadurch deren Rand gegen den Nietbund für eine zusätzliche Verankerung zur Anlage gebracht wird. Dieses Verfahren erfordert ein relativ aufwendiges Werkzeug.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches mit vereinfachten Mitteln durchführbar ist und dennoch ein Verankern von Funktionselementen in einem Flachmaterial mit hoher Ausreißfestigkeit ermöglich. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Verbindung ist Gegenstand des Patentanspruches 18.

Bei der Erfindung erfolgt das Anbringen des jeweiligen Funktionselementes am Flachmaterial oder an einem Werkstück aus dem Flachmaterial zwar ebenfalls im Bereich eines domartigen Abschnitts bzw. an einer an der Basis dieses Abschnitts gebildeten Fügeöffnung durch Vernieten des jeweiligen Nietbundes, d. h. durch Fügen und plastisches Verformen dieses Nietbundes, ein Verformen des domartigen Abschnitts in der Weise, dass der Durchmesser der Fügeöffnung reduziert wird, erfolgt aber nicht. Die Verankerung des Funktionselementes erfolgt allein durch das Vernieten, d. h. allein dadurch, dass der verformte Nietbund das Flachmaterial im Bereich der Fügeöffnung hintergreift.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Formen des domartigen Abschnitts sowie das Vernieten in einem einzigen Werkzeug, wobei in diesem Werkzeug zeitlich nacheinander zunächst der domartige Abschnitt geformt und dann nach dem Formen dieses Abschnitts das Fügen und Vernieten des Funktionselementes erfolgen.

Unter „Flachmaterial" sind im Sinne der Erfindung ein Flachmaterial aus einem bleibend verformbaren Werkstoff, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Stahl sowie auch ein aus einem derartigen Flachmaterial gefertigtes Werkstück zu verstehen.

Unter „Funktionselement" sind im Sinne der Erfindung ganz allgemein ein in einem derartigen Flachmaterial befestigtes Element zu verstehen, insbesondere auch ein Verbindungselement, wie z. B. eine Mutter, ein Bolzen oder dergleichen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Funktions- oder Fügeelement in Form einer Nietmutter;
2 in vereinfachter Darstellung, teilweise im Schnitt eine Verbindung zwischen dem Funktionselement der 1 und einem Flachmaterial;
3 in vereinfachter Darstellung eine Werkzeuganordnung zum Befestigen des Funktionselementes der 1 in dem Flachmaterial;
4 in vergrößerter Darstellung ein Detail einer Werkzeugmatrize;
5 in einer Darstellung wie 1 eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem Flachmaterial;
6 und 7 ein Funktionselement, zusammen mit einem Flachmaterial vor und nach der Herstellung der Verbindung zwischen dem Flachmaterial und dem Funktionselement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
8 und 9 in Darstellungen ähnlich 1 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindung.
In den 1–3 sind 1 ein Flachmaterial aus einem bleibend verformbaren Werkstoff, beispielsweise ein Metall- oder Stahlblech und 2 ein Funktionselement in Form einer Nietmutter, die entsprechend der 2 durch Fügen und Vernieten im Flachmaterial 1 gehalten ist. Das Funktionselement 2 ist aus einem für derartige Elemente geeigneten metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Stahl gefertigt, und zwar mit einem Flanschabschnitt 3, der bei der dargestellten Ausführungsform eine kreiszylinderförmige Umfangsfläche aufweist, mit einem über die in der 1 obere Stirnseite 4 des Flanschabschnittes 3 wegstehenden Befestigungsabschnitt 5 sowie mit einem über die in der 1 untere Stirnseite 6 wegstehenden in dem noch nicht vernieteten Zustand hohlen oder kreiszylinderförmigen Nietbund 7, dessen Außendurchmesser ebenso wie der Außendurchmesser des Befestigungsabschnittes 5 kleiner ist als der Außendurchmesser des Flanschabschnittes 3. Die zylinderförmigen Außenflächen der Abschnitte 3 und 5 sowie des Nietbundes 7 in dem noch nicht vernieteten Zustand sind jeweils konzentrisch zur gemeinsamen Achse FA des Funktionselementes 2 vorgesehen. Mit 8 ist eine vorzugsweise mit einem Innengewinde versehene zumindest an einem Ende offene Bohrung bezeichnet, die achsgleich mit der Achse FA im Flanschabschnitt 3 sowie auch im Befestigungsabschnitt 5 ausgebildet ist und deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Nietbundes 7 im noch nicht vernieteten Zustand.
Dort, wo das Funktionselement 2 im Flachmaterial 1 befestigt ist, ist in dieses Flachmaterial eine Fügeöffnung 9 eingebracht. Weiterhin ist das Flachmaterial 1 im Bereich dieser Fügeöffnung 9 bleibend verformt, und zwar derart, dass der mit 10 bezeichnete domförmige Abschnitt eine kreisförmige, ebene oder im Wesentlichen ebene Basis 11 bildet, in der mittig die Fügeöffnung 9 vorgesehen und die von der Ebene des Flachmaterials 1 beabstandet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt die Ebene der Basis 11 parallel oder annähernd parallel zur Ebene des Flachmaterials 1. Die Fügeöffnung 9 besitzt einen Durchmesser, der etwa gleich dem Außendurchmesser des Nietbundes 7 im nicht vernieteten Zustand ist, aber kleiner als der Durchmesser der Basis 11, der bei der dargestellten Ausführungsform gleich oder etwa gleich dem Außendurchmesser des Flanschabschnittes 3 ist. Mit 12 ist der kegelstumpfförmigen Rand des Abschnitts 10 bezeichnet. Wird die Fügeöffnung 9 vor dem Formen des domartigen Abschnitts erzeugt, so erfolgt dies so, dass der Durchmesser der Fügeöffnung 9 bereits im noch nicht verformten Flachmaterial 1 gleich oder größer ist als der Außendurchmesser des Nietbundes 7.
Das Verbinden des Funktionselementes 2 mit dem Flachmaterial 1 erfolgt nach dem Formen des domförmigen Abschnitts 10 durch Vernieten, d. h. durch zunehmendes Einführen (Fügen) des Nietbundes 7 in die Fügeöffnung 9 und durch gleichzeitiges Verformen des Nietbundes 7 in der Weise, dass der die Fügeöffnung 9 umgebende Bereich der Basis 11 zwischen dem verformten Nietbund 7.1, der sich an der konkaven Seite des domförmigen Abschnitts 10 befindet, und der die Anlagefläche für das Flachmaterial 1 bildenden Stirnseite 6 eingespannt ist, die sich an der konvexen Seite des domförmigen Abschnitts 10 befindet. Diese in der 2 allgemein mit 13 bezeichnete Verbindung zwischen dem Flachmaterial 1 und dem Funktionselement 2 erfolgt ohne Rückformen des domförmigen Abschnitts 10 und ohne eine Reduzierung des Durchmessers der Fügeöffnung 9. Da letztere in der ebenen Basis 11 vorgesehen ist und auch der verformte Nietbund 7.1 diese ebene Basis 11 im Bereich der Fügeöffnung 9, d. h. an der Unterseite des Flachmaterials 1 und damit innerhalb des domförmigen Abschnitts 10 hintergreift, ist für das Funktionselement 2 eine hohe Ausreißfestigkeit gegen in Richtung der Achse FA wirkende Kräfte (Pfeil A) erreicht, zumal der umgelegte bzw. verformte Nietbund 7.1 mit seinem bezogen auf die Achse FA radial außenliegenden Bereich bis in die unmittelbare Nähe des Übergangs zwischen der ebenen Basis 11 und dem Rand 12 reicht.
Durch das Befestigen des Funktionselementes 2 im Bereich des domförmigen Abschnitts 10 ist weiterhin sichergestellt, dass sich beim Vernieten der verformte Nietbund 7.1 in optimaler Weise ausbilden kann und dieser verformte Nietbund 7.1 auch nicht über die dem Flanschabschnitt 3 abgewandte Seite des Flachmaterials 1 bzw. des von diesem Flachmaterial gebildeten Werkstücks vorsteht.
Die 3 zeigt eine Werkzeuganordnung 14, mit der das Formen des domförmigen Abschnitts 10 im Bereich der im Flachmaterial 1 bereits vorbereiteten Fügeöffnung 9, das Fügen des Funktionselementes 2 bzw. des Nietbundes 7 und das Vernieten in einem einzigen Werkzeug erfolgen. Die Werkzeuganordnung 14 besteht hierzu aus einem Unterwerkzeug 15, welches mit seiner Oberseite eine plane An- oder Auflagefläche für die Unterseite des Flachmaterials 1 bildet. In eine zur Auflagefläche 16 hin offene Ausnehmung des Unterwerkzeugs 15 ist eine Matrize 17 eingesetzt, die mit ihrem oberen Ende über die Auflagefläche 16 vorsteht und dort einen kreisringförmigen, die Matrizen- und Werkzeugachse WA umschließenden Matrizenbund 18 sowie in der Mitte einen kegelstumpfförmigen, abgerundeten Nietkopf 19 bildet, der ebenfalls mit seiner Achse achsgleich mit der Achse WA angeordnet ist. Zwischen dem Nietkopf 19 und dem diesen Nietbund konzentrisch schließenden Matrizenbund 18 ist die Matrize 17 mit einer rinnenartigen, die Achse WA ringförmig umschließenden Vertiefung 20 ausgebildet, die bezogen auf die Achse WA radial außenliegend vom Matrizenbund 18 und radial innenliegend von der Kegelfläche des Nietkopfes 19 begrenzt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Matrizenbund 18 einen etwa quadratischen oder rechteckförmigen Ringquerschnitt mit leicht abgerundeten Randbereichen auf.
Der Abstand mit dem der Matrizenbund 18 über die Ebene der Anlagefläche 16 vorsteht ist mit x1 bezeichnet (4). Der Abstand, mit dem der Matrizenbund 18 über die Ebene des Bodens der ringförmigen Vertiefung 20 vorsteht ist mit x2 bezeichnet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist x1 größer als x2. Durch den Abstand x1 wird im Wesentlichen die Höhe des domförmigen Abschnitts 10 bestimmt. Der Abstand x2 bestimmt im Wesentlichen den Freiraum zwischen der Matrize 17 und der Unterseite des Flachmaterials 1 beim Vernieten. Das Maß x1–x2 ist in etwa gleich dem Abstand, den der verformte Nietbund 7.1 von der Unterseite des an den domförmigen Abschnitt 10 angrenzenden Flachmaterials 1 aufweist.
Die Werkzeuganordnung 14 umfasst weiterhin einen ringförmigen beispielsweise gefederten Niederhalter 21, der achsgleich mit der Werkzeugachse WA angeordnet und in Richtung dieser Werkzeugachse u. a. auch zum Einspannen des Flachmaterials 1 mit seiner ringförmigen Niederhalterfläche 22 auf das Unterwerkzeug 15 absenkbar ist. An der planen, ringförmigen Niederhalterfläche 22 besitzt der Niederhalter 21 einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Matrizenbundes 18, und zwar um einen Betrag, der größer ist als die doppelte Materialstärke bzw. -dicke D des Flachmaterials 1. Oberhalb der Niederhalterfläche 22 besitzt der Niederhalter 21 einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Matrizenbundes 18. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Innendurchmesser des Niederhalters 21 oberhalb der Niederhalterfläche 22 in etwa gleich dem Innendurchmesser des Nietbundes 18. Zwischen der Innenfläche 23 und der Niederhalterfläche 22 ist der Niederhalter 21 mit einer einen Freiraum bildenden ringförmigen Ausnehmung 24 ausgeführt, die sowohl an der Niederhalterfläche 22, als auch an der Innenseite 23 des Niederhalters 21 offen ist. In Richtung der Achse WA besitzt die Ausnehmung 24 eine Abmessung, die größer ist als das Maß x1.
Im Niederhalter 21 ist und relativ zu diesem ist in Richtung der Achse WA ein Stempel 25 axial bewegbar vorgesehen. Dieser Stempel 25 ist ebenso wie der Niederhalter 21 Teil eines Oberwerkzeuges, beispielsweise Teil eines Stanzkopfes, und wird durch eine Betätigungseinrichtung, beispielsweise durch einen auf- und abbewegbaren Werkzeughalter einer die Werkzeuganordnung 14 enthaltenen Presse betätigt. Der Stempel 25 ist an seiner dem Werkzeugunterteil 14 bzw. der Matrize 17 zugewandten Stirnseite so ausgebildet, dass dort jeweils das mit dem Flachmaterial 1 zu verbindende Funktionselement 2 gehalten und mit dem sich absenkenden Stempel 25 mitgeführt wird.
Die Arbeitsweise der Werkzeuganordnung 14 lässt sich, wie folgt, beschreiben:
Das Flachmaterial 1 wird bei angehobenem Niederhalter 21 und Stempel 25 in die Werkzeuganordnung 14 eingelegt, und zwar derart, dass die in dem dann noch flachen Flachmaterial 1 bereits vorgelochte Fügeöffnung 9 mit ihrer Achse möglichst genau achsgleich mit der Werkzeugachse WA angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch am Werkzeugunterteil 15 vorgesehene Positionierelemente, beispielsweise Positionierstifte erreicht werden, die mit Positionierbereichen, beispielsweise mit Positionieröffnungen im Flachmaterial 1 zusammenwirken.
Nach dem Einlegen des Flachmaterials 1 in die Werkzeuganordnung 14 wird das Oberwerkzeug abgesenkt. Hierbei kommt zunächst der Niederhalter 21 mit seiner Niederhalterfläche 22 zur Anlage gegen die Oberseite des Flachmaterials 1, sodass dann über den Matrizenbund 18 der domförmige Abschnitt 10 geformt wird, gegebenenfalls auch noch unter Mitwirkung der dem Matrizenbund 16 gegenüberliegenden Fläche der Ausnehmung 24. Nach dem vollständigen Absenken des Niederhalters 21 und nach dem vollständigen Formen des domförmigen Abschnitts 10 in dem nunmehr zwischen dem Niederhalter 21 und dem die Matrize 17 umgebenden ringförmigen Bereich der Auflagefläche 16 eingespannten Flachmaterial 1 wird mit dem Stempel 15 das Funktionselement 2 mit dem Nietbund 7 voraus zugeführt. Dieser bzw. dessen Material gelangt dann zunehmend durch die Fügeöffnung 9 hindurch bei plastischer Materialverformung unter das Flachmaterial 1 und bildet den verformten Nietbund 7.1, der im Wesentlichen in dem unterhalb des Flachmaterials im Wesentlichen von der rinnenartigen Vertiefung 20 gebildeten Raum aufgenommen ist. Der Verbindungs- bzw. Nietvorgang wird durch Verpressen des die Fügeöffnung 9 umgebenden Bereichs der Basis 11 zwischen der gegen die Oberseite der Basis 11 anliegenden Stirnseite 6 und dem unterhalb des Flachmaterials 1 im Wesentlichen von der Vertiefung 20 aufgenommenen verformten Nietbund 7.1 abgeschlossen.
Um eine drehsichere Verankerung des Funktionselementes 2 im Flachmaterial 1 mit einer möglichst hohen Drehmomentaufnahme zu erreichen, sind bei der dargestellten Ausführungsform an der Stirnseite 6 mehrere Vertiefungen 6.1 vorgesehen, in die das Material aus dem die Fügeöffnung umgebenden Bereich beim Vernieten oder Verpressen hineinfließt. Anstelle oder aber zusätzlich zu den Vertiefungen 6.1 können an der Stirnseite 6 auch Vorsprünge 6.2 vorgesehen sein, die sich beim Vernieten in das die Fügeöffnung 9 umgebende Material der Basis 11 eindrücken.
Eine Besonderheit der Werkzeuganordnung 14 bzw. des mit dieser Werkzeuganordnung durchgeführten Verfahrens besteht darin, dass in einem einzigen Werkzeug und damit auch in einem einzigen Arbeitsgang die Verbindung 13 hergestellt wird, und zwar durch Formen des domförmigen Abschnitts 10 und durch anschließendes Fügen und gleichzeitiges Vernieten des Funktionselementes 2 im Bereich der Fügeöffnung 9.
Wie vorstehend ausgeführt, bestimmt das Maß x1 den Überstand des Matrizenbundes 18 über die Ebene der Anlagefläche 16 und damit den Abstand zwischen der Oberseite der Basis 11 und der Ebene der Oberseite des Flachmaterials 1 außerhalb des domförmigen Abschnitts 10. Das Maß x2 bestimmt den Abstand zwischen dem Matrizenbund 18 und der Bodenfläche der Vertiefung 20 und damit im Wesentlichen auch den Freiraum unterhalb des Flachmaterials 1 für das plastische Verformen des Nietbundes 7 und für die Ausbildung des verformten Nietbundes 7.1. Das Maß x2 bestimmt dann auch im Wesentlichen den Überstand des Verformten Nietbundes 7.1, d. h. das Maß, mit dem dieser verformte Nietbund 7.1 über die Unterseite des Flachmaterials 1 im Bereich der Fügeöffnung 9 vorsteht. Die Differenz x1–x2 bestimmt dann den Abstand zwischen der Ebene der Unterseite des Flachmaterials 1 und dem Verformten Nietbund 7.1.
Die 5 zeigt als weitere Ausführungsform der Erfindung eine Verbindung 13a, die sich von der Verbindung 13 u. a. dadurch unterscheidet, dass die Basis 11 des domförmigen Abschnitts 10a einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Flanschbereichs 3, und der domförmige Abschnitt 10a an dem äußeren Rand seiner Basis 11 mit einer ringförmigen, die Achse FA konzentrisch umschließenden Sicke 26 geformt ist, die radial außen in den Rand 12 und radial innenliegend in den die Fügeöffnung 9 umschließenden planen oder im Wesentlichen planen und parallel zur Ebene des Flachmaterials orientierten Bereich der Basis 11 übergeht, der nach dem Vernieten zwischen der Stirnseite 6 und dem verformten Nietbund 7.1 eingespannt ist. Die Sicke 26 wird beispielsweise durch eine entsprechende Geometrie der der Matrize 17 entsprechenden Matrize oder aber durch einen kurzen Über- oder Weiterhub des Sternpels 25 nach dem Vernieten des Funktionselementes 2 unter Mitführung zumindest eines den Nietkopf 19 aufweisenden Teils der Matrize erzeugt.
Die Verbindung 13a hat den zusätzlichen Vorteil, dass durch ringförmige Sicke 26 die Steifigkeit des Flachmaterials 1 im Bereich der Verbindung 13a bzw. im Bereich der Fügeöffnung 9 erhöht und allein schon hierdurch die Ausreißfestigkeit der Verbindung 13a verbessert wird. Weiterhin wird durch die ringförmige Sicke 26 auch erreicht, dass in Richtung der Achse FA bzw. des Pfeils A wirkende Ausreißkräfte zunächst zu einer zusätzlichen Verspannung des Funktionselementes 2 am Nietbund 7.1 im Flachmaterial 1 führen.
Die 6 zeigt ein Funktionselement 27, welches sich von dem Funktionselement 2 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass der Flanschabschnitt 3 an seiner den Nietbund 7 aufweisenden Seite nicht eine plane Stirnseite 6 besitzt, sondern mit einer Kegelfläche 28 ausgebildet ist, die sich bei der dargestellten Ausführungsform von dem Umfang des Flanschabschnittes 3 bis an den Nietbund 7 erstreckt und deren axialer Abstand von dem freien Ende des Nietbundes 7 mit zunehmendem Abstand von der Umfangsfläche des Flanschabschnittes 3 zunimmt bzw. deren Kegelwinkel sich zu der, den Nietbund 7 aufweisenden Seite des Funktionselementes 27 hin öffnet.
Die 7 zeigt die Verbindung 13b zwischen dem Funktionselement 27 und dem Flachmaterial 1. Diese Verbindung wird beispielsweise wiederum mit der Werkzeuganordnung 14 der 3 realisiert. Beim Fügen und Umlegen des Nietbundes 7 erfolgt dann durch die Geometrie der Vertiefung 28 ein zusätzliches „Aufkelchen" des Flachmaterials in dem die Fügeöffnung 9 umgebenden Bereich des domförmigen Abschnitts 10b im Sinne eines Vergrößerns des Abstandes von der Ebene der Unterseite des Flachmaterials 1, sodass nach dem Fertigstellen der Verbindung 13b das Funktionselement 27 zusätzlich mit dem von der Kegelfläche 28 gebildeten Hinterschnitt im Flachmaterial 1 gehalten ist.
Die 8 zeigt eine Verbindung 13c, die sich von der Verbindung 13b im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass zusätzlich die Sicke 26 vorgesehen ist, die dann wiederum beispielsweise durch eine entsprechende Ausbildung der Matrize 17 entsprechende Matrize oder aber durch einen zusätzlichen Weiterhub des Stempels 25 bei nachgebender Matrize erzeugt ist.
Die 9 zeigt eine Verbindung 13d zwischen dem Funktionselement 2 und einem Flachmaterial 29 größerer Dicke D. Anstelle der Fügeöffnung 9 ist eine Fügeöffnung 30 vorgesehen, deren Durchmesser sich zur Unterseite des Flachmaterials 29, d. h. zu der dem Flanschabschnitt 3 abgewandten Seite des Flachmaterials 29 hin vergrößert, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform stufenförmig. Die Fügeöffnung 30 kann auf verschiedenste Weise erzeugt werden, beispielsweise durch Stanzen und Verprägen oder aber bei einem sich konisch erweiternden Durchmesser durch Stanzen und Auffasen. Zum Verankern des Funktionselementes 2 wird der Nietbund 7 nach dem Fügen in den sich erweiternden Bereich der Fügeöffnung 30 umgelegt oder aber innerhalb der Fügeöffnung so verformt, dass sich die formschlüssige Verbindung zwischen dem Flachmaterial und dem Funktionselement 2 ergibt, ohne dass der verformte Nietbund 7.1 über die Unterseite des Flachmaterials 1 vorsteht..
Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
*Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass an dem jeweiligen Fügebereich die Fügeöffnung 9 bereits vor dem Formen des domartigen Abschnitts 10, 10a, 10b, 10c in das Blech bzw. Flachmaterial 1 eingebracht ist. Grundsätzlich besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, im Fügebereich zunächst den domartigen Abschnitt 10, 10a, 10b, 10c zu formen und dann dessen Basis 11 die Fügeöffnung einzubringen, und zwar wiederum mit einem Durchmesser der gleich oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Nietbundes 7.

1: Blech- bzw. Flachmaterial
2: Funktionselement
3: Flanschabschnitt des Funktionselementes
4: Stirnseite
5: Befestigungsabschnitt
6: Stirnseite
7: Nietbund
.1: verformter Nietbund
1: Bohrung
2: Fügeöffnung
10, 10a, 10b, 10c: domförmig verformter Abschnitt des Flachmaterials
11: Basis des domförmigen Abschnitts 10
12: kegelförmiger Rand des domförmigen Abschnitts 10
13, 13a, 13b, 13c, 13d: Verbindung
14: Werkzeuganordnung
15: Unterwerkzeug
16: An- oder Auflagefläche am Unterwerkzeug 15
17: Matrize
18: Matrizenbund
19: Nietkopf
20: Vertiefung
21: Niederhalter
22: ringförmige Niederhalterfläche
23: Innenfläche des Niederhalters 21
24: Ausnehmung
25: Stempel
26: Sicke
27: Funktionselement
28: Vertiefung oder Kegelfläche
29: Flachmaterial
30: Fügeöffnung
A: Ausreißkraft
D: Materialstärke des Flachmaterials 1 bzw. 29
FA: Achse des Funktionselementes
WA: Werkzeugachse
x1: Überstand des Matrizenbundes 18 über die Ebene der Anlagefläche 16
x2: Überstand des Matrizenbundes 18 über die Ebene des Bodens der
: Vertiefung 20

Claims

Verfahren zum Anbringen eines Funktionselementes (2, 27), welches an einer Anlagefläche (6, 28) einen über diese Fläche wegstehenden und von einem hohlen oder röhrchenförmigen Abschnitt gebildeten Nietbund (7) aufweist, an einem plastisch verformbaren Flachmaterial (1, 29) oder Werkstück, wobei im einem Fügebereich im Flachmaterial (1) durch plastische Verformung ein domartiger Abschnitt (10, 10a, 10b, 10c) gebildet wird, der mit seiner Basis (11) über die Ebene des diesen Abschnitt umgebenden Flachmaterials (1) vorsteht und an der Basis eine Fügeöffnung (9) aufweist, und wobei das Anbringen des Funktionselementes (2) an dem Flachmaterial (1) in einem Füge- und Nietvorgang durch Einführen des Nietbundes (7) in die Fügeöffnung (9) und durch plastisches Verformen dieses Nietbundes (7) derart erfolgt, und dass ein die Fügeöffnung (9) umgebenden Randbereich der Basis (11) zwischen dem verformten Nietbund (7.1) und der Anlagefläche (6, 28) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (2) an dem die Fügeöffnung (9) umgebenden Randbereich ohne Reduzieren des Durchmessers der Fügeöffnung (9) verankert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeöffnung (9) am jeweiligen Fügebereich in das Flachmaterial (1) vor dem Formen des domartigen Abschnitts (10, 10a, 10b, 10c) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeöffnung (9) am jeweiligen Fügebereich nach dem Formen des domartigen Abschnitts (10, 10a, 10b, 10c) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeöffnung (9) mit einem Durchmesser erzeugt wird, der wenigstens gleich dem Außendurchmesser des Nietbundes (7) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der domartige Abschnitt vor dem Füge- und Nietvorgang mit einer die Fügeöffnung (9) umgebenden planen oder im Wesentlichen planen Basis geformt wird, die in einer Ebene parallel zur Ebene des den domartigen Abschnitt (10, 10a, 10b, 10c) umgebenden Flachmaterials (1) oder senkrecht zur Achse der Fügeöffnung (9) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankern des Funktionselementes (2) derart erfolgt, dass der zwischen dem verformten Nietbund (7.1) und der Anlagefläche (6) aufgenommene Randbereich der Fügeöffnung (9) in der Ebene parallel zu der Ebene des den domartigen Abschnitt (10) umgebenden Flachmaterials (1) bzw. senkrecht zur Achse der Fügeöffnung liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von Funktionselementen (2) mit einer ebenen oder im Wesentlichen ebenen Anlagefläche (6) für das Flachmaterial.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Füge- und Nietvorgangs der die Fügeöffnung (9) umgebende Randbereich der Basis (11) so verformt wird, dass der zwischen dem verformten Nietbund (7.1) und der Anlagefläche (28) eingespannte, die Fügeöffnung (9) umgebende Randbereich der Basis (11) kegelringartig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Fügeöffnung (9) umgebende Randbereich so verformt wird, dass sich der Kegelwinkel dieses Randbereichs in den domartigen Abschnitt (10b, 10c) öffnet.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch die Verwendung von Funktionselementen (17) mit einer kegelförmigen oder kegelringförmigen Anlagefläche (28) für das Flachmaterial (1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen des domartigen Abschnitts (10) und der Füge- und Nietvorgang in einem einzigen Werkzeug (14, 17, 21, 25) erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füge- und Nietvorgang zeitlich nach dem Formen des domartigen Abschnitts (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Basis (11) des domartigen Abschnitts (10) wenigstens eine die Fügeöffnung (9) umschließende Sicke (26) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (26) beim Formen des domartigen Abschnitts (10) und/oder während des Füge- und Nietvorgangs erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke nach dem Füge- und Nietvorgang erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement ein Verbindungselement, beispielsweise eine Nietmutter (2, 27) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Werkzeuganordnung (14) mit einer Matrize (17), mit einem Niederhalter (21) und einem Stempel (25), wobei die Matrize einen Nietkopf (19) zum Verformen des Nietbundes (7) sowie einen diesen Nietkopf (19) umschließenden Matrizenbund (18) aufweist, der über eine am ersten Werkzeugteil (15) gebildete An- oder Auflagefläche für das Flachmaterial (1) vorsteht und beim Schließen des Werkzeugs unter Mitwirkung des Niederhalters (21) den domartigen Abschnitt (10, 10a, 10b, 10c) formt, und dass nach dem Formen des domartigen Abschnitts (10, 10a, 10b, 10c) durch Bewegen des Stempels (25) in Richtung auf den Nietkopf (19) das Anbringen des mit dem Stempel (25) mitgeführten Funktionselementes (2, 27) durch Fügen und Verformen des Nietbundes mit dem Nietkopf (19) erfolgt.
Verbindung zwischen einem Flachmaterial (1) und wenigstens einem Funktionselement (2, 27), welches mit einer Anlagefläche (6, 28) gegen eine Oberflächenseite des Flachmaterials (1) anliegt und mit einem eine Fügeöffnung (9) durchgreifenden und bleibend verformten, von einem hohlen oder rohrförmigen Abschnitt gebildeten Nietbund (7) durch Fügen und Vernieten am Flachmaterial (1) gehalten ist, wobei die Fügeöffnung (9) an einer über die Ebene des umgebenen Flachmaterials (1) wegstehenden Basis (11) eines aus dem Flachmaterial (1) geformten domartigen Abschnitts (10, 10a, 10b, 10c) vorgesehen und ein die Fügeöffnung (9) umgebender Bereich der Basis (11) zwischen der Anlagefläche (6, 28) und dem verformten Nietbund (7.1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Anlagefläche (6) und dem verformten Nietbund (7.1) aufgenommene Randbereich der Basis in einer Ebene parallel oder in etwa parallel zur Ebene des umgebenden Flachmaterials (1) oder in einer Ebene senkrecht zur Achse der Fügeöffnung liegt, oder dass der zwischen der Anlagefläche (28) und dem verformten Nietbund (7) aufgenommene Randbereich kegelringförmig mit einem sich in den domartigen Abschnitt (10b, 10c) öffnenden Kegelwinkel ausgeführt ist.
Verbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement eine im Wesentlichen ebene Anlagefläche (6) aufweist.
Verbindung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (27) eine Anlagefläche (28) aufweist, die zumindest in einem Teilbereich kegelförmig oder kegelringförmig ausgebildet ist.
Verbindung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (28) insgesamt kegelförmig oder kegelringförmig ausgebildet ist.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der domartige Abschnitt (10a, 10c) mit einer das Funktionselement (2, 27) umschließenden ringförmigen Sicke (26) ausgebildet ist.
Verbindung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Sicke (26) mit ihrer konvexen Innenseite dem Inneren des domartigen Abschnitts (10a, 10c) zugewandt ist.