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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vernieten einer Stanzmutter in einem Blech sowie einen dazu geeigneten Werkzeugsatz.
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Zum Verschrauben einer Haltevorrichtung mit einem Blech werden in der Regel Gewindemuttern verwendet, die jeweilige Schrauben der Haltevorrichtung mittels eines Gewindes aufnehmen und die Haltevorrichtung dadurch an dem Blech fixieren. Um eine jeweilige Gewindemutter mit einem jeweiligen Blech derart zu verbinden, dass die Gewindemutter zur Aufnahme von auf eine Haltevorrichtung ggf. einwirkenden Zug- und Druckkräften geeignet ist, muss die Gewindemutter selbst fest mit dem Blech verbunden werden. Dazu wird die Gewindemutter entweder in eine bereits bestehende Öffnung des Blechs eingesetzt und dort bspw. verschweißt oder, im Falle einer selbststanzenden Mutter, auf das Blech aufgesetzt und mit diesem unter Ausstanzen einer Öffnung verklemmt.
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In der deutschen Druckschrift
DE 100 15 956 A1 ist eine Käfigmutter offenbart, die eine Schraubenmutter und einen Käfigteil umfasst, wobei der Käfigteil in eine Öffnung eines Trägerteils einzubringen und dort zu verklemmen ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Trägerteil an jeweiligen Kragenteilbereichen, die auf einer der Schraubenmutter abgewandten Seite angeordnet sind und dort aus dem Trägerteil hinausragen, umgebogen wird.
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Die internationale Veröffentlichung
WO 02/081145 A2 offenbart eine Mutter, die dazu ausgestaltet ist, derart in ein Blech eingesetzt zu werden, dass ein Rand einer zur Aufnahme der Mutter vorgesehenen Öffnung mittels eines Nietwerkzeugs auf eine Auflagefläche der Mutter gebogen werden kann, wodurch die Mutter fest in der Öffnung zu verspannen ist.
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In der internationalen Veröffentlichung
WO 02/083357 A1 sind eine Schraubenmutter und ein Werkzeugsatz zum Verklemmen der Schraubenmutter in einem Blech offenbart.
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DE 10 2007 044 635 A1 beschreibt ein selbstlochendes Element, das mittels Lochen und Umbördeln mit einem Strukturbauteil verbindbar ist. Ferner wird eine Vorrichtung zum Setzen des selbstlochenden Elements und ein entsprechendes Verfahren vorgestellt. Das selbstlochende Element umfasst einen Funktionskopf, eine Sitzgeometrie und eine Schneidgeometrie, wobei die Schneidgeometrie eine radial außen angeordnete zentrierende Außenfase, eine radial innen angeordnete Innenfase sowie eine dazwischen angeordnete Schnittkante aufweist.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein Werkzeugsatz gemäß den beigefügten Ansprüchen bereitgestellt.
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Es wird somit ein Verfahren zum Verbinden einer Stanzmutter mit einem Blech bereitgestellt, bei dem die Stanzmutter, die ein Gewindeteil und ein Kopfteil mit einem Stanzkragen umfasst, mittels eines ersten Montagewerkzeugs mit einem Schubstempel und einem Auswerfer auf einer ersten Seite des Blechs aufgesetzt wird, um eine Öffnung aus dem Blech auszustanzen, und eine Stanzmatrize auf einer der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des Blechs an dem Stanzkragen ausgerichtet wird, so dass ein beim Ausstanzen der Öffnung aus dem Blech entstehender Materialüberschuss durch eine Öffnung der Stanzmatrize ausgeworfen wird, wobei ein zweites Werkzeug auf der zweiten Seite des Blechs aufgesetzt und an der Stanzmutter ausgerichtet wird und wobei mittels des zweiten Werkzeugs ein Rand des Stanzkragens derart aufgebogen wird, dass der Stanzkragen in einen Blechbereich der Öffnung eindringt und der Stanzkragen den Rand der Öffnung teilweise umgibt, wodurch die Stanzmutter mit dem Blech verklemmt bzw. vernietet wird, wobei der Stanzkragen in einem mit dem Blech verklemmten bzw. vernieteten Zustand höchstens bis an eine obere Kante des Blechs reicht und wobei die Stanzmatrize aufgeklappt, weggeklappt oder entfernt wird, um das zweite Werkzeug aufzunehmen und an dem Stanzkragen auszurichten, und bei dem der Materialüberschuss mittels des Auswerfers des ersten Werkzeugs durch die Stanzmatrize hindurch ausgeworfen wird.
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Ferner wird eine nicht erfindungsgemäße Stanzmutter zur Aufnahme einer Schraube vorgestellt, wobei die Stanzmutter mindestens ein Gewindeteil und ein Kopfteil umfasst, wobei das Kopfteil einen Stanzkragen zum Ausstanzen einer Öffnung aus einem Blech umfasst und wobei der Stanzkragen derart an dem Kopfteil angeordnet ist, dass der Stanzkragen durch ein Werkzeug derart umzuformen ist, dass der Stanzkragen die Stanzmutter in dem Blech verklemmt bzw. vernietet, wobei der Stanzkragen in einem mit dem Blech verklemmten bzw. vernieteten Zustand höchstens bis an einen oberen Rand des Blechs reicht.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung
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Die vorgestellte Stanzmutter dient insbesondere zum Verschrauben von Haltevorrichtungen mit einem Blech. Dazu ist vorgesehen, dass die vorgestellte Stanzmutter selbstschneidend eine Öffnung in das Blech schneidet und mittels eines Werkzeugs derart mit dem Blech verklemmt wird, dass sowohl eine formschlüssige Verbindung mit dem Blech entsteht als auch eine Verformung des Blechs vermieden wird, insbesondere an einem Rand der durch die Stanzmutter geschnittenen Öffnung.
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Unter dem Begriff „verklemmen“ ist im Kontext der vorgestellten Erfindung jedes technisch geeignete Verfahren zum Verbinden einer Gewindemutter mit einem Blech, insbesondere vernieten, stanzen, verbiegen, verspannen, bördeln oder verkeilen zu verstehen.
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Unter Verwendung der vorgestellten Stanzmutter kann auf die Verwendung eines Prägerings, wie er traditionellerweise eingesetzt wird, verzichtet werden, wodurch die vorgestellte Stanzmutter besonders leicht ist und somit zu einer Gewichtsreduzierung eines jeweiligen Gesamtaufbaus beiträgt.
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Um die vorgestellte Stanzmutter schnell und einfach mit einem Blech zu verbinden, ist vorgesehen, dass ein von der Stanzmutter umfasster Stanzkragen, der zum Ausstanzen bzw. Ausschneiden einer Öffnung in das Blech vorgesehen ist, mittels eines Werkzeugs, wie bspw. eines Niet-, Verstemm- oder Bördelwerkzeugs zu verformen, d. h. zu verbiegen ist, so dass der Stanzkragen sich um einen Rand der ausgestanzten Öffnung legt und die Stanzmutter dadurch in der Öffnung bzw. dem Blech verklemmt.
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Durch den vorgesehenen Stanzkragen der vorgestellten Stanzmutter ist es möglich, die Stanzmutter derart in einer Öffnung eines Blechs zu verklemmen, dass auf einer einem Gewindeteil der Stanzmutter entgegengesetzten Teil des Blechs eine plane Fläche, d. h. ein formschlüssiger Übergang zwischen Stanzkragen und Blech entsteht.
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Die vorgestellte Stanzmutter kann bspw. aus Stahl, Eisen, Chrom, Vanadium, Nickel, einer umformbaren Metalllegierung oder einer Mischung mit mindestens einer der voranstehend benannten Substanzen bestehen. Insbesondere kann die vorgestellte Stanzmutter aus einem Materialkomplex gefertigt sein, bei dem der Stanzkragen aus einem in Bezug auf den Gewindeteil härteren oder weicheren Material besteht.
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Mittels der vorgestellten Stanzmutter kann eine aufwendige Suche nach einer jeweiligen Öffnung bzw. eine aufwendige Ausrichtung einer Mutter an einer jeweiligen Öffnung vermieden werden, da die vorgestellte Stanzmutter eine zum Verschrauben einer Haltevorrichtung benötige Öffnung selbst genau an dem Ort bereitstellt, an dem die Stanzmutter verwendet wird.
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Unter einem oberen Rand ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein dem Gewindeteil der Stanzmutter entgegengesetzter Rand eines jeweiligen Blechs zu verstehen.
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In Ausgestaltung der vorgestellten Stanzmutter ist vorgesehen, dass der Stanzkragen durch das Werkzeug derart umzuformen ist, dass die Stanzmutter in dem Blech zu verklemmen ist, ohne das Blech zu verbiegen.
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Da der Stanzkragen derart umzuformen ist, dass der Stanzkragen sich mit einem Rand einer jeweiligen Öffnung zur Aufnahme der vorgestellten Stanzmutter verklemmt, ist ein Hinausragen des Stanzkragens aus der Öffnung bzw. ein Überlappen von Stanzkragen und Blech, wie es traditionellerweise vorgesehen ist, nicht mehr notwendig. Durch das Verklemmen des Stanzkragens mit dem Rand der Öffnung entsteht ein formschlüssiger Übergang zwischen Stanzmutter und Blech, durch den eine plane Fläche entsteht, auf der bspw. Haltevorrichtungen mit planaren Bodenplatten stabil zu verschrauben sind.
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Da die vorgestellte Stanzmutter selbstschneidend ist, kann die Stanzmutter auch ohne vorheriges Einbringen einer Öffnung in ein jeweiliges Blech mit dem Blech verbunden werden.
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Ferner ermöglicht die vorgestellte Stanzmutter eine besonders materialsparende Fertigung, da aufwendige Aufnahmen bzw. Ablagen für Teile des Blechs, in die die Stanzmutter einzubringen ist, vermieden werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Stanzkragen der vorgestellten Stanzmutter aus einem Material besteht, das zur Aufnahme von Rändern bzw. Kanten einer jeweiligen Öffnung zur Aufnahme der Stanzmutter geeignet ist. Um den Stanzkragen mit dem Rand der Öffnung zu verklemmen, wird der Stanzkragen am Rand aufgebogen, so dass der Rand in einen Blechbereich einer entsprechenden Stanzöffnung eindringt und der Stanzkragen den Rand der Öffnung teilweise umgibt und umgebördelt bzw. vernietet werden kann. Die Aufnahme des Randes des Stanzkragens der Stanzmutter in der Stanzöffnung des Blechs ermöglicht ein festes Verklemmen bzw. Vernieten, das erheblichen Zug- und Druckkräften widersteht. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass der Stanzkragen höher als das jeweilige Blech ist, also nach einem Stanzvorgang aus dem jeweiligen Blech heraussteht. Nachfolgend wird derjenige Teil der Stanzmutter, der über das jeweilige Blech heraussteht, eben zu einer formschlüssigen Blechöberfläche umgebördelt.
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Die vorgestellte Stanzmutter dient insbesondere zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
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Das vorgestellte Verfahren sieht eine Verwendung zweierlei Werkzeuge vor, mittels derer die vorgestellte Stanzmutter in ein Blech eingebracht wird. Unter Verwendung der selbstschneidenden Stanzmutter ist es möglich, die Stanzmutter an einem beliebigen Punkt auf dem Blech aufzusetzen und dort zu verklemmen sowie, dadurch bedingt, einen Durchgang zu erzeugen, der zum Verschrauben mit einer Haltevorrichtung geeignet ist. Dazu wird die Stanzmutter mittels des ersten Werkzeugs auf dem Blech aufgesetzt und nach einem Erzeugen der Öffnung auf einer gegenüberliegenden Seite des Blechs mittels der Stanzmatrize gesichert, so dass der durch die Stanzmutter ausgeschnittene bzw. ausgestanzte Materialüberschuss, d. h. ein Butzen, durch eine Öffnung der Stanzmatrize zu entfernen ist. Zum Ausstanzen bzw. Ausschneiden des Materialüberschusses aus dem Blech wird der Schubstempel des ersten Werkzeugs auf die Stanzmutter geschoben, so dass sich die Stanzmutter in das Blech schneidet und der Stanzkragen der Stanzmutter die Öffnung in das Blech schneidet bzw. stanzt. Nachdem der Schubstempel auf die Stanzmutter geschoben wurde, wird der Auswerfer des ersten Werkzeugs betätigt und der mittels des Stanzkragens ausgeschnittene bzw. ausgestanzte Materialüberschuss aus dem Blech bzw. der Stanzmatrix entfernt.
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Sobald der Materialüberschuss bzw. der Auswerfer entfernt wurde und die Öffnung in dem Blech frei zugänglich ist, wird das zweite Werkzeug, bspw. ein Bördelwerkzeug, mittels der Stanzmatrize justiert und zum Verformen des Stanzkragens entlang des Randes der Öffnung verwendet. Dazu wird der konische Werkzeugkopf des Bördelwerkzeugs auf den Stanzkragen geschoben, der sich in Abhängigkeit der Form des konischen Werkzeugskopfs auf den Rand der Öffnung aufbiegt, d. h. umgebördelt wird.
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Es ist vorgesehen, dass die Stanzmatrize aufgeklappt, weggeklappt oder entfernt wird, um das zweite Werkzeug aufzunehmen und an dem Stanzkragen auszurichten.
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Durch eine Klappvorrichtung, wie bspw. ein Gelenk, kann die Stanzmatrize schnell und einfach zur Aufnahme des zweiten Werkzeugs vorbereitet oder entfernt werden, wodurch eine exakte Ausrichtung des zweiten Werkzeugs an dem Stanzkragen der Stanzmutter ermöglicht wird und der Stanzkragen entsprechend genau mit einem formschlüssigen Übergang zwischen Stanzkragen und Blech zu einer planen Fläche umgeformt wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Werkzeugsatz zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens, mit einer Stanzmatrize, einem ersten Werkzeug mit einem Schubstempel und einem Auswerfer und einem zweiten Werkzeug mit einem konischen Werkzeugkopf zum Verformen eines Stanzkragens einer Stanzmutter derart, dass der Stanzkragen in einem mit dem Blech verklemmten Zustand höchstens bis an einen oberen Rand des Blechs reicht, wobei die Stanzmatrix dazu konfiguriert ist, aufgeklappt, weggeklappt oder entfernt zu werden, um das zweite Werkzeug aufzunehmen und an dem Stanzkragen auszurichten, und wobei der Auswerfer dazu konfiguriert ist, den Materialüberschuss durch die Stanzmatrize hindurch auszuwerfen.
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Der vorgestellte Werkzeugsatz dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung sowie den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Werkzeugsatzes und einer Stanzmutter.
- 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der vorgestellten Stanzmutter in einem nicht verklemmten bzw. vernieteten Zustand.
- 3 zeigt die Stanzmutter aus 2 in einem mit einem Blech verklemmten bzw. vernieteten Zustand.
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In 1 ist ein Werkzeug 1 dargestellt, das zur Aufnahme einer Stanzmutter 3 ausgestaltet ist. Zusammen mit der Stanzmutter 3 wird das Werkzeug 1 an ein Blech 5 geführt, um die Stanzmutter 3 mit dem Blech zu verklemmen. Dazu wird ein Schubstempel 7 des Werkzeugs 1 derart bewegt, dass der Schubstempel 7 die Stanzmutter 3 gegen das Blech 5 drückt und, dadurch bedingt, eine Öffnung in das Blech 5 schneidet. Um einen sauberen Durchgang eines Auswerfers 8 durch die Öffnung des Blechs 5 und, dadurch bedingt, die Öffnung auf eine vorgesehene Fläche zu begrenzen, wird eine Stanzmatrize 9 auf einer dem Werkzeug 1 gegenüberliegenden Seite des Blechs 5 aufgesetzt, durch die sich der Auswerfer 8 hindurch schiebt und einen Materialüberschuss 6, der aus der Öffnung des Blechs 5 entfernt wurde, auswirft.
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Um einen Stanzkragen 11 der Stanzmutter 3 umzubiegen bzw. zu vernieten und, dadurch bedingt, eine plane Oberfläche an dem Blech 5 zu erzeugen, wird erst die Stanzmatrize 9 entfernt, weggeklappt oder aufgeklappt, dann wird ein Bördelwerkzeug 13 auf einer dem Werkzeug 1 entgegengesetzten Seite des Blechs 5 aufgesetzt und ausgerichtet. Nachdem das Bördelwerkzeug 13 ausgerichtet wurde, wird ein Werkzeugkopf 15 des Bördelwerkzeugs 13 auf den Stanzkragen 11 der Stanzmutter 3 geschoben, so dass der Stanzkragen 11 sich entlang eines Randes der Öffnung des Blechs 5 verbiegt und die Stanzmutter 3 in dem Blech 5 verklemmt, d. h. vernietet.
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Sobald die Stanzmutter 3 in dem Blech 5 verklemmt ist, können das Bördelwerkzeug 13 und das Werkzeug 1 von dem Blech 5 entfernt und eine Schraube durch die Stanzmutter 3 geführt werden. Mittels eines in der Stanzmutter 3 vorgesehenen Gewindes wird die Schraube an der Stanzmutter 3 und, dadurch bedingt, an dem Blech 5 fixiert.
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In 2 ist eine Stanzmutter 20 dargestellt, die in ein Blech 21 eingebracht, jedoch noch nicht mit dem Blech 21 verklemmt wurde. Ein Stanzkragen 23 der Stanzmutter 20 ist leicht höher als das Blech 21, um ein Umbiegen über einen Rand 25 des Blechs 21 unter Erzeugung einer planen Fläche zu ermöglichen, so dass der Stanzkragen 23 bündig mit einer oberen Kante 26 des Blechs 21 abschließt.
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In 3 wurde der Stanzkragen 23 am Kopfteil 24 der Stanzmutter 20 bereichsweise über den Rand 25 des Blechs 21 umgebogen bzw. umgebördelt. Entsprechend sind Kanten des Stanzkragens 23 in den Rand 25 eingedrungen bzw. umschließt der Stanzkragen 23 Kanten des Randes 25, wodurch die Stanzmutter 20 in dem Blech 21 verklemmt wird. Durch das Eindringen des Stanzkragens 23 in die Kanten des Randes 25 wird ein formschlüssiger Übergang zwischen Stanzmutter 20 und Blech 21 unter Erzeugung einer planen Fläche 27 geschaffen, auf der eine Haltevorrichtung aufzubringen und mit einem Gewindeteil 29 der Stanzmutter 20 zu verschrauben ist.
