DE102018117131A1

DE102018117131A1 - Self-punching element and assembly part consisting of the element and a sheet metal part

Info

Publication number: DE102018117131A1
Application number: DE102018117131.5A
Authority: DE
Inventors: Adrian ELLIS
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Es wird ein selbststanzendes Bolzenelement beschrieben, das zum Einpressen in ein Blechteil vorgesehen ist, wobei das Bolzenelement ein eine Blechanlagefläche bildendes Kopfteil, eine mittlere Längsachse sowie einen sich auf der Seite der Blechanlagefläche vom Kopfteil in Richtung der Längsachse weg erstreckenden Stanzabschnitt aufweist, wobei die Blechanlagefläche vorzugsweise in einer Ebene und zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse steht. Das Bolzenelement weist ferner ein Schaftteil auf, das sich von dem Stanzabschnitt in Richtung der mittleren Längsachse weg erstreckt, und welches zum selbststanzenden Anbringen des Bolzenelements in ein Blechteil höherer Festigkeit als das Bolzenelement, vorzugsweise unmittelbar in die Blechanlagefläche übergeht. An seinem freien Ende weist der Stanzabschnitt eine Stanzkante auf, die von der Blechanlagefläche durch eine Umfangsfläche mit einer axialen Höhe beabstandet ist, die mindestens in etwa der vorgesehenen Blechdicke entspricht und vorzugsweise etwa 0,02 mm kleiner als diese ist. Es wird auch ein Zusammenbauteil und ein Verfahren beansprucht.A self-punching bolt element is described which is provided for being pressed into a sheet metal part, the bolt element having a head part forming a sheet metal contact surface, a central longitudinal axis and a stamping section extending away from the head part in the direction of the longitudinal axis on the side of the sheet metal contact surface, the sheet metal contact surface is preferably in one plane and at least substantially perpendicular to the central longitudinal axis. The bolt element also has a shaft part which extends away from the punching section in the direction of the central longitudinal axis and which, for self-punching attachment of the bolt element, merges into a sheet metal part of higher strength than the bolt element, preferably directly into the sheet metal contact surface. At its free end, the stamping section has a stamped edge which is spaced from the sheet metal contact surface by a peripheral surface with an axial height which corresponds at least approximately to the intended sheet metal thickness and is preferably approximately 0.02 mm smaller than this. An assembly part and method are also claimed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbststanzendes Element, das zum Einpressen in ein Blechteil ausgelegt ist, wobei das Element ein eine Blechanlagefläche bildendes Kopfteil, eine mittlere Längsachse sowie einen sich auf der Seite der Blechanlagefläche vom Kopfteil in Richtung der Längsachse weg erstreckenden Stanzabschnitt aufweist, wobei die Blechanlagefläche vorzugsweise in einer Ebene und zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse steht. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Zusammenbauteil bestehend aus einem derartigen Element, das an einem Blechteil angebracht ist sowie ein Verfahren zur Anbringung des Elements an ein Blechteil.The present invention relates to a self-punching element which is designed for being pressed into a sheet metal part, the element having a head part forming a sheet metal contact surface, a central longitudinal axis and a stamping section which extends away from the head part in the direction of the longitudinal axis on the side of the sheet metal contact surface, wherein the Sheet metal contact surface is preferably in one plane and at least substantially perpendicular to the central longitudinal axis. Furthermore, the present invention relates to an assembly part consisting of such an element which is attached to a sheet metal part and a method for attaching the element to a sheet metal part.

Ein selbststanzendes Element der eingangs genannten Art in der Form eines Mutterelements ist sowohl der EP-A-2412991 als auch der EP-A-2292940 zu entnehmen. In der späteren EP-A-2412991 weist das Mutterelement einen Stanzabschnitt der vor dem Einpressen in ein Blechteil keine Hinterschneidung aufweist. Diese entsteht erst beim Einstanzen des entsprechenden Einpresselements. In der früheren EP-A-2292940 wird dagegen eine Hinterschneidung am Stanzabschnitt vor dem Einpressen des Elements vorgesehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine solche Hinterschneidung nicht unbedingt erforderlich ist.A self-punching element of the type mentioned in the form of a mother element is both EP-A-2412991 as well as the EP-A-2292940 refer to. In the later EP-A-2412991 the nut element has a stamped section which has no undercut before being pressed into a sheet metal part. This only arises when the corresponding press-in element is punched. In the earlier EP-A-2292940 on the other hand, an undercut is provided on the stamping section before the element is pressed in. However, it has been shown that such an undercut is not absolutely necessary.

Auf dem Gebiet der Verbindungselemente, die bei der Anfertigung von Blechteilen an diesen maschinell angebracht werden, unterscheidet man zwischen Einpresselementen einerseits und Nietelementen andererseits. In the field of connecting elements that are mechanically attached to sheet metal parts, a distinction is made between press-in elements on the one hand and rivet elements on the other.

Einpresselemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei Anbringung an ein Blechteil zumindest nicht absichtlich verformt werden, sondern das Blechteil selbst wird verformt und in Eingriff mit Formmerkmalen des Einpresselementes gebracht, wodurch das Einpresselement verdrehsicher und auspresssicher am Blechteil befestigt wird. Bei Nietelementen wird der Nietabschnitt des Elements bei der Anbringung am Blechteil absichtlich verformt, meistens um ein Nietbördel auszubilden, wodurch das Blechteil zwischen dem Nietbördel und einer Blechanlagefläche eingefangen wird, um auch hier eine verdrehsichere und auspresssichere Verbindung zu erreichen.Press-fit elements are characterized in that they are at least not deliberately deformed when attached to a sheet metal part, but rather the sheet metal part itself is deformed and brought into engagement with the shape features of the press-in element, whereby the press-fit element is fastened to the sheet metal part in a manner that prevents it from being twisted out. In the case of rivet elements, the rivet section of the element is deliberately deformed when it is attached to the sheet metal part, mostly to form a rivet flange, as a result of which the sheet metal part is caught between the rivet flange and a sheet metal contact surface in order to achieve a twist-proof and squeeze-proof connection here as well.

Sowohl Einpresselemente als auch Nietelemente kennt man ferner in der Form von selbststanzenden Elementen. Die Bezeichnung selbststanzend ist so zu verstehen, dass das entsprechende Element sein eigenes Loch im Blechteil stanzt, natürlich nur dann, wenn eine ausreichende Kraft auf das selbststanzende Element ausgeübt wird, beispielsweise von einer Presse, von einem Roboter oder einer kraftbetätigten Zange, die das selbststanzende Element gegen das Blechteil presst, wobei das Blechteil auf der dem Element abgewandten Seite auf einer entsprechenden Matrize abgestützt wird.Both press-in elements and rivet elements are also known in the form of self-punching elements. The term self-punching is to be understood in such a way that the corresponding element punches its own hole in the sheet metal part, of course only if sufficient force is exerted on the self-punching element, for example by a press, by a robot or by force-operated pliers that self-punching Presses the element against the sheet metal part, the sheet metal part being supported on a corresponding die on the side facing away from the element.

Es war bisher im Fahrzeugbau üblich, selbststanzende Elemente mit Blechteilen zu verwenden, die eine Festigkeit unterhalb etwa 300 MPa aufweisen. Die selbststanzenden Elemente, die dann zur Anwendung gelangen, haben üblicherweise eine Festigkeit im Bereich zwischen 700 und 900 MPa und in Ausnahmefällen bis zu etwa 1250 MPa, was durchaus ausreicht, um bei der Anbringung des Verbindungselements am Blechteil ein Loch im Blechteil auszustanzen, insbesondere dann, wenn das Blechteil eine Dicke von unterhalb etwa 3 mm aufweist. Festigkeiten der Elemente bis zu etwa 850 MPa gelten beispielsweise für Elemente der Klasse 8, während höhere Festigkeiten für Elemente der Klassen 10 und 12 gelten, die normalerweise eine Wärmebehandlung und/oder eine bestimmte Materialauswahl der entsprechenden Elemente erforderlich machen.It was previously common in vehicle construction to use self-punching elements with sheet metal parts that have a strength below about 300 MPa. The self-piercing elements that are then used usually have a strength in the range between 700 and 900 MPa and in exceptional cases up to about 1250 MPa, which is quite sufficient to punch out a hole in the sheet metal part when the connecting element is attached, in particular then , if the sheet metal part has a thickness of less than about 3 mm. Element strengths of up to around 850 MPa apply, for example, to elements in the class 8th while higher strengths for elements of the classes 10 and 12 apply, which normally require heat treatment and / or a certain material selection of the corresponding elements.

Bei den verwendeten Verbindungselementen hat das Material des Verbindungselementes im Rohzustand üblicherweise eine Festigkeit von etwa 380 MPa. Diese Festigkeit erhöht sich aber auf Werte im Bereich zwischen 700 und 900 MPa alleine durch die Kaltverformung, die gebraucht wird, um ausgehend von einem Stabmaterial ein Befestigungselement durch Kaltschlagen zu erzeugen.The raw material of the connecting element used for the connecting elements usually has a strength of about 380 MPa. However, this strength increases to values in the range between 700 and 900 MPa solely through the cold deformation that is used to produce a fastener from a rod material by cold hammering.

Für manche Zwecke werden Verbindungselemente benötigt, die eine höhere Festigkeit als 900 MPa aufweisen. Diese werden dann aus einem Material hergestellt, das sich durch eine Wärmebehandlung härten lässt, wodurch eine höhere Festigkeit erreicht wird. Solche Wärmebehandlungen sind jedoch in vielen Fällen unerwünscht. Sie stellen ein fremdes Verfahren im Vergleich zu der Herstellung der Verbindungselemente mittels Kaltschlagen dar und werden üblicherweise nicht einmal in der gleichen Fabrik durchgeführt, in der die Verbindungselemente hergestellt werden, wodurch ein erheblicher Zeit- und Kostenaufwand betrieben werden muss, um wärmebehandelte Elemente höherer Festigkeit zu erzeugen.For some purposes, fasteners are required that have a strength greater than 900 MPa. These are then made from a material that can be hardened by heat treatment, which results in higher strength. However, such heat treatments are undesirable in many cases. They represent a foreign process compared to the production of the connecting elements by means of cold hammering and are usually not even carried out in the same factory in which the connecting elements are produced, which means that a considerable amount of time and money has to be expended in order to obtain heat-treated elements of higher strength produce.

Auf der anderen Seite werden im Fahrzeugbau zunehmend Bleche mit höherer Festigkeit verwendet und teilweise auch wärmebehandelte Blechteile, die höhere Festigkeiten oberhalb des üblichen Festigkeitsbereiches von 700 bis 900 MPA für Verbindungselemente aufweisen. Solche Blechteile mit höherer Festigkeit machen es einerseits möglich, mit dünneren Blechen zu arbeiten, wodurch Gewicht gespart werden kann, machen es aber andererseits extrem schwierig, mit selbststanzenden Elementen zu arbeiten.On the other hand, sheet metal with higher strength is increasingly being used in vehicle construction, and in some cases also heat-treated sheet metal parts that have higher strengths above the usual strength range of 700 to 900 MPA for connecting elements. Such sheet metal parts with higher strength on the one hand make it possible to work with thinner sheets, which can save weight, but on the other hand make it extremely difficult to work with self-punching elements.

Bei den Anmeldungen in der EP-A-2412991 und der EP-A-2292940 wurden Mutterelemente der eingangs genannten Art mit Festigkeiten von 700 bis 900 MPa vorgeschlagen, die überraschenderweise in Blechteilen mit noch höheren Festigkeiten bis über 1600 MPa selbststanzend eingebracht werden können. Es handelt sich bei den bekannten Elementen aber ausschließlich um Mutterelemente, denn es ist keineswegs ersichtlich, wie Bolzenelemente selbststanzend in Blechteile höherer Festigkeit eingebracht werden sollen. Ein Grund, der dagegen spricht liegt darin, dass selbst dann, wenn es gelingen würde mit einem Bolzenelement mit Schaftteil ein Loch im Blechteil zu stanzen, der Schaftteil des Bolzenelements bei dem Durchstanzen des Blechteils erheblich beschädigt werden würde, und zwar wenigstens dann, wenn das Schaftteil von der Blechanlagefläche wegragen würde. Anders herum, d.h. wenn das Schaftteil auf der der Blechanlagefläche und dem Stanzabschnitt abgewandte Seite des Kopfteils angeordnet wäre, würde keinen Sinn machen, da die Auspreßsicherheit kaum zu gewährleisten wäre. When registering in the EP-A-2412991 and the EP-A-2292940 Mother elements of the type mentioned at the outset with strengths of 700 to 900 MPa have been proposed, which surprisingly can be introduced in sheet metal parts with even higher strengths up to over 1600 MPa. However, the known elements are exclusively nut elements, because it is by no means apparent how bolt elements are to be introduced into sheet metal parts of higher strength in a self-punching manner. One reason that speaks against it is that even if it were possible to punch a hole in the sheet metal part with a bolt element with a shaft part, the shaft part of the bolt element would be considerably damaged when the sheet metal part was punched through, at least if that was the case Shaft portion would protrude from the sheet contact surface. The other way around, ie if the shaft part were arranged on the side of the head part facing away from the sheet metal contact surface and the stamping section, would make no sense, since the safety against being squeezed out could hardly be guaranteed.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbststanzendes Bolzenelement vorzusehen, das mit einer Festigkeit im Bereich zwischen 700 und 900 MPa selbststanzend in Blechteilen (sowohl Blechteilen mit geringen Festigkeiten bis 300 MPa als auch solchen mit höherer Festigkeit oberhalb von 300 MPa bis über 1600 MPa) eingebracht werden können. Es handelt sich bei solchen erfindungsgemäßen Bolzenelementen weitestgehend um Einpresselemente. Ferner soll das erfindungsgemäße Bolzenelement bzw. das erfindungsgemäße Zusammenbauteil relativ preisgünstig herstellbar sein.The present invention has for its object to provide a self-piercing bolt element with a strength in the range between 700 and 900 MPa self-punching in sheet metal parts (both sheet metal parts with low strength up to 300 MPa and those with higher strength above 300 MPa to over 1600 MPa ) can be introduced. Such bolt elements according to the invention are largely press-fit elements. Furthermore, the bolt element according to the invention or the assembly part according to the invention should be relatively inexpensive to manufacture.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem selbststanzenden Element der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Schaftteil von dem selbststanzendem Stanzabschnitt in Richtung der mittleren Längsachse weg erstreckt und einen maximalen Durchmesser bzw. Aussendurchmesser aufweist, der kleiner ist als die kleinste Querabmessung des Stanzabschnitts, dass zum selbststanzenden Anbringen des Bolzenelements in ein Blechteil höherer Festigkeit als das Bolzenelement der Stanzabschnitt vorzugsweise unmittelbar in die Blechanlagefläche übergeht und dass der Stanzabschnitt eine Stanzkante an seiner freien Stirnseite aufweist, wobei die Stanzkante von der Blechanlagefläche durch eine Umfangsfläche mit einer axialen Höhe beabstandet ist, die vorzugsweise in etwa der vorgesehenen Blechdicke entspricht und ggf. etwa 0,2 mm kleiner als diese ist.To achieve this object, it is provided according to the invention in a self-punching element of the type mentioned at the outset that a shaft part extends away from the self-punching punching section in the direction of the central longitudinal axis and has a maximum diameter or outside diameter which is smaller than the smallest transverse dimension of the punching section that For self-punching attachment of the bolt element in a sheet metal part of higher strength than the bolt element, the punching section preferably merges directly into the sheet metal contact surface and that the stamping section has a punched edge on its free end face, the punched edge being spaced from the sheet metal contact surface by a circumferential surface with an axial height that preferably corresponds approximately to the intended sheet thickness and is possibly approximately 0.2 mm smaller than this.

Das entsprechende Zusammenbauteil bestehend aus dem selbststanzenden Bolzenelement und einem Blechteil zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechteil ein Stanzloch mit einer Form entsprechend der Form des Stanzabschnitts aufweist, dass das Material des Blechteils auf der der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Blechteils benachbart zum Stanzabschnitt eine den Stanzabschnitt umgebende Vertiefung aufweist, und dass sich das Material des Lochrandes aufgrund der Ausbildung der Vertiefung in das Bolzenelement hineinerstreckt und sich dort in einer Rille befindet, die sich radial in den Stanzabschnitt und möglicherweise auch axial in das Kopfteil im Bereich des Übergangs von der Umfangsfläche in die Blechanlagefläche hineinerstreckt.The corresponding assembly part consisting of the self-punching bolt element and a sheet metal part is characterized in that the sheet metal part has a punched hole with a shape corresponding to the shape of the punched section, that the material of the sheet metal part on the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface is adjacent to the punched section and the punched section has surrounding recess, and that the material of the edge of the hole extends into the bolt element due to the formation of the recess and is located there in a groove which is radial in the stamping section and possibly also axially in the head part in the region of the transition from the peripheral surface into the Sheet metal contact surface.

Ein besonderer Clou bei der Erfindung liegt unter anderem darin, dass es gelingen kann ein selbststanzendes Einpresselement und ein entsprechendes Zusammenbauteil zu realisieren, wenn ein Herstellungsverfahren angewandt wird, bei dem das Blechteil vorgelocht wird, wobei das bei der Vorlochung entstehende Loch größer ist als der Außendurchmesser des Schaftteils, jedoch kleiner als die größten Querabmessungen des Stanzabschnitts, vorzugsweise auch kleiner als die kleinste Querabmessung des Stanzabschnitts, und bei dem der Stanzabschnitt, nach der Einführung des Schaftteils in das Loch, den Randbereich der Vorlochung wegstanzt.A particular highlight of the invention is, among other things, that it can be possible to realize a self-punching press-in element and a corresponding assembly part if a manufacturing method is used in which the sheet metal part is pre-punched, the hole resulting from the pre-punching being larger than the outside diameter of the shaft part, but smaller than the largest transverse dimensions of the stamped section, preferably also smaller than the smallest transverse dimension of the stamped section, and in which the stamped section, after inserting the shaft part into the hole, punches away the edge region of the pre-perforation.

Zwar bedeutet die Vorlochung des Blechteils eine zusätzliche Operation, dies ist jedoch durchaus vertretbar, da man damit mehrere bedeutende Vorteile erreicht.The pre-perforation of the sheet metal part means an additional operation, but this is entirely justifiable since it achieves several important advantages.

Zunächst gelingt es auf diese Weise mit einem Bolzenelement mit einer Festigkeit im Bereich von 700 bis 900 MPa eine ausgezeichnete Anbindung an ein Blechteil mit einer Festigkeit im Bereich von größer als 900 bis über 1600 MPa zu erreichen, die bisher nicht für möglich gehalten wurde. Um dies zu verstehen, muss man zur Kenntnis nehmen, dass die wenigen erfolgreichen Bolzenelemente, bei denen es eine hochwertige Anbindung an ein Blechteil gab, für hochfeste Blechteile eher ungeeignet sind. Die bisherigen erfolgreichen Bolzenelemente bzw. Einpressbolzenelemente sind die sogenannten EBF-Bolzen der vorliegenden Anmelderin, die z.B. in der US PS 6125524 beschrieben sind und deren Nachfolger, die zum Beispiel in der US PS 7401394 , US PS 8734071 ; US PS 8734071 und US PS 8939689 und deren Patentfamilienmitgliedern offenbart sind. Diese Bolzenelemente sind deshalb als erfolgreich anzusehen, weil im Anschraubfall, d.h. wenn ein weiteres Bauteil bzw. Blechteil an ein Zusammenbauteil angeschraubt wird, das mit einem solchen Bolzenelement versehen ist, die beiden Blechteile, d.h. das Blechteil des Zusammenbauteils und das weitere Bauteil bzw. Blechteil, zwischen dem Kopfteil des Bolzenelements und der an den Schaftteil des Bolzenelements angeschraubten Mutter geklemmt werden. Hierdurch wird die von Ingenieuren sehr geschätzte „Direct Clamp Situation“ erreicht. Leider ist es aber schwierig und gar häufig unmöglich, solche EBF-Bolzen und deren Nachfolger mit hochfesten Blechteilen zu verwenden. Der Grund hierfür liegt darin, dass die EBF-Bolzen und deren Nachfolger feine Verdrehsicherungsmerkmale aufweisen, die nicht im ausreichenden Eingriff mit einem hochfesten Blechteil gebracht werden können, wodurch die erwünschten Verdrehsicherungswerte bei solchen Blechteilen sich nicht erreichen lassen.First of all, a bolt element with a strength in the range of 700 to 900 MPa achieves an excellent connection to a sheet metal part with a strength in the range of greater than 900 to more than 1600 MPa, which was previously not considered possible. In order to understand this, one has to take note that the few successful bolt elements with which there was a high-quality connection to a sheet metal part are rather unsuitable for high-strength sheet metal parts. The previous successful bolt elements or press-in bolt elements are the so-called EBF bolts of the present applicant, which are used, for example, in the US PS 6125524 are described and their successors, for example in the US PS 7401394 . US PS 8734071 ; US PS 8734071 and US PS 8939689 and whose patent family members are disclosed. These bolt elements are to be regarded as successful because, when screwing on, ie when a further component or sheet metal part is screwed to an assembly part that is provided with such a bolt element, the two sheet metal parts, ie the sheet metal part of the assembly part and the further component or sheet metal part , between the head part of the bolt element and the nut screwed to the shaft part of the bolt element. As a result, the "Direct Clamp Situation", which is highly valued by engineers, reached. Unfortunately, it is difficult and often impossible to use such EBF bolts and their successors with high-strength sheet metal parts. The reason for this is that the EBF bolts and their successors have fine anti-rotation features that cannot be brought into sufficient engagement with a high-strength sheet metal part, as a result of which the desired anti-rotation values cannot be achieved with such sheet metal parts.

Diese Problematik ist aber bei einem Bolzenelement gemäß dem vorliegenden Vorschlag selbst dann nicht gegeben, wenn der Stanzabschnitt im Querschnitt kreisrund ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass eine ausgezeichnete Verdrehsicherheit alleine durch den Würgegriff gegeben ist, mit dem das Blechteil den Stanzabschnitt umgibt, wie unten im Detail erläutert wird. Diese hohe Verdrehsicherheit wird auch erreicht, ohne filigrane Formmerkmale in dem hochfesten Blechmaterial erzeugen zu müssen.However, this problem does not exist with a bolt element according to the present proposal even if the punching section is circular in cross section. The reason for this is that the choke handle with which the sheet metal part surrounds the punching section provides excellent security against rotation, as will be explained in detail below. This high degree of security against rotation is also achieved without having to create filigree shape features in the high-strength sheet metal material.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise eine Matrize verwendet, die einen den Schaftteil aufnehmenden und eine Öffnung aufweisenden Hohlraum und eine die Öffnung umgebende Ringnase aufweist, wobei die Ringnase in ihrer Querabmessung auf der radial inneren Seite größer ist als der Stanzanschnitt, und hierdurch in das Blechmaterial um den Stanzabschnitt herum eine Vertiefung bzw. eine Ringnut formt.For the method according to the invention, a die is preferably used which has a cavity which receives the shaft part and has an opening and a ring nose which surrounds the opening, the transverse dimension of the ring nose on the radially inner side being larger than the punched cut, and thereby in the sheet metal material forms a recess or an annular groove around the punching section.

Durch den Einstanzvorgang stanzt der Stanzabschnitt des Bolzenelements ein in seiner Form und Abmessungen gleiches Loch im Blechteil. Der Stanzvorgang führt dazu, dass die Größe der Stanzöffnung beinahe identisch ist mit der Größe des Stanzabschnitts, was eine ausgezeichnete Voraussetzung für die Höhe des erwünschten Würgegriffs darstellt, da kein Leerraum zwischen dem Lochrand und dem Stanzabschnitt zu überbrücken ist. Durch die Ringnase wird im Blechteil eine Vertiefung bzw. eine Ringnut in der dem Kopfteil des Bolzenelements abgewandten Seite des Blechteils ausgebildet, die zu einer radial nach innen gerichteten Verdrängung des Blechmaterials führt. Da das Blechmaterial fester ist als das Bolzenelement, entsteht bereits jetzt ein erheblicher Würgegriff des Lochrandes des Blechteils an dem Stanzabschnitt des Bolzenelements und eine kleine Hinterschneidung im Stanzabschnitt. Beim Durchstanzen des Blechmaterials durch die Stirnseite des Stanzabschnitts entsteht ein höher kompressiver Druck im Stanzabschnitt insbesondere im Bereich dessen Stanzkante wodurch eine lokale Verdrängung vom Bolzenmaterial um den Stanzabschnitt herum entsteht, welche der Würgegriff noch weiter erhöht und die Größe der Hinterschneidung ebenfalls. Die Hinterschneidung sorgt dafür, dass das Bolzenelement auspresssicher im Blechteil verankert ist.Through the stamping process, the stamping section of the bolt element punches a hole in the sheet metal part that is identical in shape and dimensions. The punching process leads to the fact that the size of the punch opening is almost identical to the size of the punch section, which is an excellent prerequisite for the height of the desired stranglehold, since there is no space to be bridged between the hole edge and the punch section. An indentation or an annular groove is formed in the sheet metal part by the ring nose in the side of the sheet metal part facing away from the head part of the bolt element, which leads to a radially inward displacement of the sheet metal material. Since the sheet material is stronger than the bolt element, there is already a considerable stranglehold on the hole edge of the sheet metal part on the stamping section of the bolt element and a small undercut in the stamping section. When the sheet metal material is punched through the face of the punching section, a higher compressive pressure is created in the punching section, in particular in the area of the punching edge thereof, which results in a local displacement of the bolt material around the punching section, which increases the stranglehold and the size of the undercut as well. The undercut ensures that the bolt element is anchored securely in the sheet metal part.

Der Würgegriff besteht nach Fertigstellung des Zusammenbauteils weiter, da die Verformung des Bolzenmaterials und des Blechteils im plastischen Bereich permanent ist und beide üben nach der Anbringung weiterhin eine elastische, den Würgegriff aufrechterhaltende Kraft aufeinander aus.The stranglehold continues after completion of the assembly part, since the deformation of the bolt material and the sheet metal part is permanent in the plastic region, and both continue to exert an elastic force that maintains the stranglehold on each other after the attachment.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird der Stanzabschnitt durch die Verdrängung von Blechmaterial bei der Ausbildung einer das Stanzloch und den Stanzabschnitt umgebende Ringvertiefung auf der der Blechanlagefläche des Mutterelements abgewandten Seite des Blechteils so umgeformt, dass er eine am Stanzabschnitt ausgebildeten und Blechmaterial aufnehmenden Einschnürung bzw. Rille aufweist, die sich durch Stauchung des Elements während des Durchstanzens des Blechteils und/oder durch den Würgegriff des Blechmaterials, d.h. durch die klemmende Ringspannung des Blechmaterials, ausbildet.In other words, the stamping section is deformed by the displacement of sheet metal material during the formation of an annular recess surrounding the punching hole and the punching section on the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface of the nut element such that it constricts or grooves formed on the stamping section and receiving sheet metal material has, which is caused by compression of the element during punching through the sheet metal part and / or by the stranglehold of the sheet material, ie through the clamping ring tension of the sheet material.

Besonders günstig ist es auch, dass das Blechteil im Bereich der Anbringung des Bolzenelements und auch radial außerhalb dieses Bereichs in einer Ebene liegt, und dass die freie Stirnseite des Stanzabschnitts von der der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Blechteils zurückversetzt ist. Diese Auslegung begünstigt die Anbausituation und die oben erwähnte direkte Klemmung.It is also particularly favorable that the sheet metal part lies in one plane in the area where the bolt element is attached and also radially outside this area, and that the free end face of the stamped section is set back from the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface. This design favors the mounting situation and the direct clamping mentioned above.

Das Blechteil kann ggf. mit einer Sicke ausgeführt werden, so dass die der Blechanlagefläche abgewandte Seite des Blechteils unmittelbar außerhalb der Sicke in einer Ebene liegt, und dass die freie Stirnseite des Stanzabschnitts innerhalb der Sicke vor die der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Blechteils vorsteht, jedoch von der genannten Ebene zurückversetzt ist. In diesem Fall kann die Sicke gleich bei der Herstellung des Vorloches in der gleichen Operation hergestellt werden und es ist dann zulässig, wenn der Stanzabschnitt eine axiale Höhe aufweist, die etwas größer ist als die Blechteildicke. Es kann dann, falls erwünscht, eine Matrize mit einer besonderen Formgebung der Ringnase verwendet werden, um gleichzeitig den Stanzabschnitt zu stauchen, bzw. eine Schabwirkung auf den Stanzabschnitt in dessen äußerem Bereich auszuüben, und das tiefer liegende Blechmaterial einzudellen.The sheet metal part can optionally be designed with a bead, so that the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface lies immediately outside the bead in one plane, and that the free end face of the stamping section inside the bead protrudes in front of the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface is set back from the named level. In this case, the bead can be produced in the same operation during the production of the pre-hole and it is permissible if the punched section has an axial height which is somewhat greater than the sheet metal part thickness. If desired, a die with a special shape of the ring nose can then be used in order to simultaneously compress the punching section or exert a scraping effect on the punching section in its outer region and dent the underlying sheet metal material.

Die Erfindung erschöpft sich aber nicht nur im Ausstanzen des entsprechenden Stanzloches, sondern das Blechteil muss nach Anfertigung des Stanzloches am Bolzenelement so befestigt werden, dass das Bolzenelement verdrehsicher und auspresssicher am Blechteil anliegt. Besonders überraschend ist, dass das Bolzenelement in der gelieferten Form vor der Anbringung an das Blechteil keine Merkmale wie eine Hinterschneidung im Stanzabschnitt aufweisen muss, die die Auspresssicherheit bzw. den Auspresswiderstand sicherstellen könnten. Nichtsdestotrotz wird eine hochwertige Auspresssicherheit erreicht, und zwar deshalb, weil bei der Ausschneidung des Stanzbutzens durch den Stanzabschnitt und/oder der Anbringung an das Blechteil, das im Allgemeinem den doppelten Festigkeitswert im Vergleich zum Bolzenelement aufweist, das Blechmaterial das weichere Bolzenelement verformt und sich in den Körper des Bolzenelements hinein erstreckt und sich dort in einer ringförmigen Rille befindet, die sich radial in den Stanzabschnitt hinein erstreckt und unter dem Druck des Blechmaterials, der durch die Matrize erzeugt wird, sich dort ausbildet. Dabei kann die Rille bzw. die entsprechende Einschnürung des Stanzabschnitts alleine durch die Kräfte die bei dem Durchstanzen des Blechteils mit dem Bolzenelement herrschen und mit der Hilfe der Matrize und/oder bei der Ausbildung der Ringvertiefung in der der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Blechteils durch die Matrize entstehen, ausgebildet werden. Besonders überraschend ist, dass eine solche Verformung des Bolzenelements, d.h. die Ausbildung einer Rille, die sich radial in den Stanzabschnitt hinein erstreckt, auch dann zu erreichen ist, wenn das Blechteil eine geringere Festigkeit als das Element aufweisen sollte.The invention is not limited to punching out the corresponding punch hole, but the sheet metal part must be fastened to the bolt element after the punch hole has been made in such a way that the pin element rests against the sheet metal part in a manner that prevents it from twisting and being pressed out. It is particularly surprising that the bolt element in the form supplied does not have to have any features, such as an undercut in the stamping section, before the attachment to the sheet metal part, which could ensure the security against squeezing or the squeezing resistance. Nonetheless, high-quality squeeze-out security is achieved, because when the punching slice is cut out by the punching section and / or attached to the sheet metal part, which generally has twice the strength value compared to the bolt element, the sheet metal material deforms and softens the softer bolt element extends into the body of the bolt element and is located there in an annular groove which extends radially into the punching section and forms there under the pressure of the sheet metal material which is produced by the die. The groove or the corresponding constriction of the stamping section can be obtained solely by the forces which prevail when the sheet metal part is punched through with the bolt element and with the aid of the die and / or when the annular recess is formed in the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface by the die arise, be trained. It is particularly surprising that such a deformation of the bolt element, ie the formation of a groove which extends radially into the stamping section, can also be achieved if the sheet metal part should have a lower strength than the element.

Es wurde festgestellt, dass es bei höherfesten oder dickeren Blechen (auch solche mit einer geringeren Festigkeit als das Element selbst) durchaus möglich ist, mittels einer Matrize mit einer entsprechenden Ringnase das Blechmaterial im Bereich des vom Stanzabschnitt erzeugten Lochrandes so zu verformen, dass eine Vertiefung im Blechteil benachbart zum Stanzabschnitt entsteht. Ferner entsteht aufgrund der Verdrängung des Blechmaterials und einer gleichzeitig einhergehenden radialen Erweiterung des Stanzabschnittes, die aufgrund der Stauchung bei dem Durchstanzen des Blechmaterials entsteht, eine erhebliche Lochlaibung, die für eine Verdrehsicherung sorgt.It was found that it is quite possible with higher-strength or thicker sheets (even those with a lower strength than the element itself) to deform the sheet material in the area of the hole edge produced by the punching section by means of a die with a corresponding ring nose in such a way that a recess arises in the sheet metal part adjacent to the stamping section. Furthermore, due to the displacement of the sheet material and a simultaneous radial expansion of the stamping section, which occurs due to the compression when punching through the sheet material, a considerable hole reveal that ensures rotation is prevented.

Sollte eine noch höhere Verdrehsicherheit gewünscht werden, kann dies auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Eine Möglichkeit besteht darin, das Blechteil und/oder das Funktionselement mit einer Klebeschicht zu versehen, beispielsweise eine solche, die bei höheren Drücken aushärtet. Entsprechend höhere Drücke entstehen bei der Anbringung des Befestigungselements am Blechteil, wodurch die erwünschte Verdrehsicherung dann durch den Klebstoff erreicht bzw. begünstigt wird.If an even higher security against rotation is desired, this can be realized in different ways. One possibility is to provide the sheet metal part and / or the functional element with an adhesive layer, for example one that hardens at higher pressures. Correspondingly higher pressures arise when the fastening element is attached to the sheet metal part, as a result of which the desired anti-rotation lock is then achieved or promoted by the adhesive.

Eine andere besonders bevorzugte Möglichkeit besteht darin, den Stanzabschnitt in Draufsicht polygonal mit gerundeten Ecken an den Übergängen von einer Seite des Polygons zur nächsten zu gestalten. Durch die polygonale Form des Stanzabschnitts wird eine sehr hohe Verdrehsicherung gewährleistet.Another particularly preferred possibility is to design the punching section in a polygonal manner in plan view with rounded corners at the transitions from one side of the polygon to the next. The polygonal shape of the punched section ensures a very high protection against rotation.

Normalerweise versucht man Elemente mit Querschnittsformen, die nicht kreisförmig sind zu vermeiden und zwar deshalb, weil bei der industriellen Fertigung, bei der eine große Zahl von gleichartigen Elementen einer Presse oder ähnliches zugeführt werden müssen, es kompliziert ist, auf eine bestimmte geometrische Orientierung der Elemente um ihre mittlere Längsachse herum achten zu müssen. Eine solche Orientierung ist dann notwendig wenn die Matrize eine Ringnase aufweist, die in Draufsicht nicht kreisrund ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Stanzabschnitt eine polygonale Form aufweist und die Ringnase in Draufsicht ebenfalls polygonal ist.Normally, one tries to avoid elements with cross-sectional shapes that are not circular, because in industrial production, in which a large number of similar elements have to be fed to a press or the like, it is complicated to a certain geometric orientation of the elements to pay attention to around its central longitudinal axis. Such an orientation is necessary if the die has a ring nose that is not circular in plan view. This is the case if the punching section has a polygonal shape and the ring nose is also polygonal in plan view.

Eine solche Orientierung ist auf jedem Fall bei einer in Draufsicht kreisrunde Form der Ringnase der Matrize nicht erforderlich. Wenn der Stanzabschnitt in Querschnitt nicht kreisrund ist und die Ringnase in Draufsicht nicht kreisrund ist, dann muss auf die Orientierung des Bolzenelements um dessen mittlere Längsachse in Bezug auf die Matrize geachtet werden.Such an orientation is in any case not necessary in the case of a circular shape of the ring nose of the die in plan view. If the punching section is not circular in cross section and the ring nose is not circular in plan view, then the orientation of the bolt element about its central longitudinal axis with respect to the die must be taken into account.

Bei dem erfindungsgemäßen Bolzenelement kann auch das Kopfteil in Draufsicht eine der polygonalen Form des Stanzabschnitts entsprechende polygonale Form aufweisen, vorzugsweise ebenfalls mit gerundeten Ecken. In the case of the bolt element according to the invention, the head part can also have a polygonal shape corresponding to the polygonal shape of the punching section in plan view, preferably also with rounded corners.

Dies ist deshalb besonders günstig, da die gleiche Formgebung des Kopfteils und des Stanzabschnitts macht es wesentlich einfacher die Orientierung des Stanzabschnitts im Setzkopf bzw. Stanzkopf nin Bezug auf die Ringnase der Matrize zu bestimmen. Die gerundeten Ecken sind deshalb wichtig, weil gerade bei höherfesten Blechteilen die scharfen Kanten, die sonst an den Übergängen von einer Seite des Polygons zur nächsten entstehen würden, zu einer erheblichen, nicht zu unterschätzenden Gefahr führen würden, dass sich Ermüdungsrisse im Blechteil ausbilden und die Verbindung, die mit dem Bolzenelement angestrebt wird, im Betrieb versagt. Durch die gerundete Form des Kopfteils wird darüber hinaus sichergestellt, dass auf der radial äußeren Seite der Blechanlagefläche ebenfalls keine spannungserhöhenden Verformungen des Blechteils auftreten, wodurch die Lebensdauer herabgesetzt werden könnte.This is particularly advantageous because the same shape of the head part and the punching section makes it considerably easier to determine the orientation of the punching section in the setting head or punching head with respect to the ring nose of the die. The rounded corners are important because the sharp edges, which would otherwise occur at the transitions from one side of the polygon to the next, would lead to a considerable risk, not to be underestimated, that fatigue cracks form in the sheet metal part and that, especially in the case of high-strength sheet metal parts Connection aimed at with the bolt element fails during operation. The rounded shape of the head part also ensures that no stress-increasing deformations of the sheet metal part occur on the radially outer side of the sheet metal contact surface, as a result of which the service life could be reduced.

Der Stanzabschnitt wie auch der Kopfteil kann mit Vorteil in Draufsicht eine Form aufweisen, die aus der Gruppe quadratisch, rechteckig, fünfeckig oder sechseckig ausgewählt ist.The punched section and the head part can advantageously have a shape in plan view that is selected from the group consisting of square, rectangular, pentagonal or hexagonal.

Am besten ist es, wenn die Umfangsfläche des Stanzabschnitts in beliebigen radialen Ebenen, die die Längsachse einschließen, einen achsparallelen Verlauf haben.It is best if the circumferential surface of the punched section has an axis-parallel course in any radial planes that enclose the longitudinal axis.

Die genannte Umfangsfläche kann allerdings eine Hinterschneidung aufweisen. Dies ist allerdings nicht notwendig und unter Umständen weniger vorteilhaft, da der genannte Würgegriff weniger effektiv wird, obwohl die Auspresssicherheit hierdurch verbessert werden kann. However, the circumferential surface mentioned can have an undercut. However, this is not necessary and may be less advantageous since the strangling handle mentioned becomes less effective, although the safety against squeezing out can thereby be improved.

Wenn eine Hinterschneidung vorgesehen ist, kann die Umfangsfläche des Stanzabschnitts einen zu der Längsachse eingeschlossenen Winkel von größer als 0° bis 15° aufweisen, wobei die Umfangsfläche von der Blechanlagefläche bis zu der Stanzkante gehend einen divergierenden Verlauf hat.If an undercut is provided, the circumferential surface of the punching section can have an angle of greater than 0 ° to 15 ° to the longitudinal axis, the circumferential surface having a diverging profile from the sheet metal contact surface to the punching edge.

Es soll an dieser Stelle zum Ausdruck gebracht werden, dass mittels der vorliegenden Erfindung eine neue Gattung von Einpresselementen geschaffen worden ist, bei der sowohl das Bolzenelement als auch das Blechteil bei der Anbringung des Bolzenelements an das Blechteil verformt werden und zwar nicht eine Verformung des Elements, die durch das Abschälen eines Ringkragens wie in der US-Patentschrift US-A-3,213,914 beschrieben ist, sondern eine Verformung des Elements im Sinne der Ausbildung einer Einschnürung des Stanzabschnittes oder der Ausbildung einer Rille um den Stanzabschnitt herum, die durch Stauchung des Elements, sei es während des Durchstanzens des Blechteils und/oder durch den Würgegriff des Blechmaterials, d.h. durch die klemmende Ringspannung des Blechmaterials, erfolgt.It should be expressed at this point that a new type of press-in elements has been created by means of the present invention, in which both the bolt element and the sheet metal part are deformed when the bolt element is attached to the sheet metal part, and not a deformation of the element by peeling off a ring collar as in the US patent US Patent No. 3,213,914 is described, but a deformation of the element in the sense of the formation of a constriction of the punching section or the formation of a groove around the punching section, which is caused by compression of the element, be it during the punching through of the sheet metal part and / or by the stranglehold of the sheet metal material the clamping ring tension of the sheet metal material takes place.

Bevorzugte Ausführungsformen des Bolzenelement bzw. des Zusammenbauteils der vorliegenden Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie aus der noch folgenden Beschreibung von Beispielen anhand der beifügten Zeichnungen hervor, in welchen jeweils maßstabsgetreu folgendes gezeigt ist:

1A-1D Darstellungen einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung eines Bolzenelements in zwei verschiedenen perspektivischen Darstellungen (1A und 1B), eine Ansicht des in 1A gezeigten Elements von rechts entlang der mittleren Längsachse gesehen (1C) und eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Elements, teilweise in einem axialen Halbschnitt (1D),
2A die Werkzeuge, die zur Anbringung des erfindungsgemäßen Bolzenelements gemäß 1A bis 1D in einem Blechteil verwendet werden,
2B eine Ansicht entsprechend der 1D, jedoch mit dem Bolzenelement am Blechteil befestigt,
2C eine vergrößerte Darstellung des Formschlusses zwischen dem erfindungsgemäßen Bolzenelement und dem Blechteil gemäß 2B,
3A, 3B eine Variante des erfindungsgemäßen Bolzenelements in einer perspektivischen Ansicht und in einer Ansicht entlang der mittleren Längsachse auf das freie Stirnende des Schaftteils schauend,
4A bis 4C alternative Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bolzenelements in Darstellungen entsprechend der 3B,
5A und 5B zwei Varianten des Bolzenelements gemäß 1D mit unterschiedlichen Hinterschneidungen am Stanzabschnitt
6A und 6B perspektivische Darstellungen eines Zusammenbauteils ähnlich der 2B von oben und von unten gesehen.

Preferred embodiments of the bolt element or the assembly part of the present invention emerge from the subclaims and from the description of examples which follows, with reference to the attached drawings, in which the following is shown to scale in each case:

1A-1D Representations of a first embodiment of a bolt element according to the invention in two different perspective representations ( 1A and 1B) , a view of the in 1A shown element seen from the right along the central longitudinal axis ( 1C ) and a side view of the element according to the invention, partly in an axial half-section ( 1D )
2A the tools required for attaching the bolt element according to the invention 1A to 1D be used in a sheet metal part
2 B a view corresponding to the 1D , but attached to the sheet metal part with the bolt element,
2C an enlarged view of the positive connection between the bolt element according to the invention and the sheet metal part according to 2 B .
3A . 3B a variant of the bolt element according to the invention in a perspective view and in a view along the central longitudinal axis looking at the free end of the shaft part,
4A to 4C alternative embodiments of a bolt element according to the invention in representations corresponding to the 3B .
5A and 5B two variants of the bolt element according to 1D with different undercuts on the punching section
6A and 6B perspective views of an assembly part similar to that 2 B seen from above and from below.

Die 1A bis 1D zeigen zunächst eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen selbststanzenden Bolzenelements 10 mit einer Festigkeit im Bereich zwischen 700 und 900 MPa, in Ausnahmefällen bis etwa 1250 MPa, das zum Einpressen in ein Blechteil höherer Festigkeit bis 1500MPa und gar über 1600MPa ausgelegt ist, aber auch mit Blechteilen geringerer Festigkeiten und schließlich auch mit Blechteilen mit Festigkeiten unter 300MPa verwendet werden kann, wobei das Bolzenelement folgende Merkmale aufweist:The 1A to 1D first show a first embodiment of a self-piercing bolt element according to the invention 10 with a strength in the range between 700 and 900 MPa, in exceptional cases up to about 1250 MPa, which is designed for pressing into a sheet metal part of higher strength up to 1500MPa and even over 1600MPa, but also with sheet metal parts with lower strengths and finally also with sheet metal parts with strengths below 300MPa can be used, the bolt element having the following features:

Ein einen Flansch 12 bildendes Kopfteil 14, einen Schaftteil 16, hier mit Gewindezylinder 24 dargestellt, der zur Aufnahme einer Mutter (nicht gezeigt) ausgelegt ist und eine mittlere Längsachse 18 definiert, eine in einer Ebene zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse 18 stehende, am Kopfteil 14 ausgebildete Blechanlagefläche 20 sowie einen sich auf der Seite der Blechanlagefläche vom Kopfteil 14 in Richtung der Längsachse 18 weg erstreckenden Stanzabschnitt 22, der zwischen der Blechanlagefläche 20 des Kopfteils 14 und dem Schaftteil 16 angeordnet ist.A flange 12 forming headboard 14 , a shaft part 16 , here with threaded cylinder 24 shown, which is designed to receive a nut (not shown) and a central longitudinal axis 18 defined, one in a plane at least substantially perpendicular to the central longitudinal axis 18 standing on the headboard 14 trained sheet metal contact surface 20 as well as one on the side of the sheet metal contact surface from the head part 14 in the direction of the longitudinal axis 18 away extending stamping section 22 between the sheet metal contact surface 20 of the headboard 14 and the shaft part 16 is arranged.

In diesem Beispiel geht der Stanzabschnitt 22 unmittelbar in den Kopfteil 14 über und der Schaftteil 16 geht unmittelbar in den Stanzabschnitt 22 über. Denkbar wäre es allerdings, dass der Schaftteil über einen Bund größeren Durchmessers als der Schaftteil (jedoch kleiner als der Stanzabschnitt 22), z.B. einen Zentrierbund oder über einen taillierten Abschnitt kleineren Durchmessers als der Schaftteil 22 (wie bei einer Dehnschraube) übergeht.In this example the stamping section goes 22 directly in the headboard 14 over and the shaft part 16 goes directly into the punching section 22 about. However, it would be conceivable for the shaft part to have a collar with a larger diameter than the shaft part (but smaller than the punching section) 22 ), for example a centering collar or over a waisted section of smaller diameter than the shaft part 22 (like an expansion screw).

Das Bolzenelement 10 kann beispielsweise ein Gewindebolzen sein, weshalb das Bolzenelement 10 hier mit einem Gewindezylinder 24 versehen ist. Es könnte aber auch ein Bolzen in Form eines Lagerbolzens sein (wie in 4A angedeutet). In diesem Fall wird der Gewindezylinder 24 mit einem glatten Schaftteil 16' ersetzt.The bolt element 10 can be, for example, a threaded bolt, which is why the bolt element 10 here with a threaded cylinder 24 is provided. It could also be a pin in the form of a bearing pin (as in 4A ) Indicated. In this Fall will be the threaded cylinder 24 with a smooth shaft part 16 ' replaced.

Für das selbststanzende Anbringen des Bolzenelements 10 in ein Blechteil 26 (in 2A gezeigt) insbesondere jedoch nicht ausschließlich in ein Blechteil höherer Festigkeit ist das Bolzenelement 10 derart ausgelegt, dass der Stanzabschnitt 22 in die Blechanlagefläche 20 unmittelbar übergeht und dass er ferner eine Stanzkante 28 am der Blechanlagefläche abgewandten Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 aufweist, wobei die Stanzkante 28 von der Blechanlagefläche 20 durch eine Umfangsfläche 34 mit einer axialen Höhe h (1D) beabstandet ist, die mindestens 50 % der Blechdicke entspricht.For self-punching attachment of the bolt element 10 in a sheet metal part 26 (in 2A shown) but especially not exclusively in a sheet metal part of higher strength is the bolt element 10 designed such that the punching section 22 into the sheet metal contact surface 20 immediately passes and that it also has a punched edge 28 on the front side facing away from the sheet metal contact surface 30 of the punching section 22 has, the punched edge 28 from the sheet metal contact surface 20 through a peripheral surface 34 with an axial height h ( 1D ) which is at least 50% of the sheet thickness.

Das selbststanzende Bolzenelement 10 der 1A bis 1D sowie alle weiteren hier offenbarten Bolzenelemente entsprechend der vorliegenden Lehre sind insbesondere jedoch nicht ausschließlich zur Anwendung mit Blechteilen mit einer Festigkeit im Bereich von größer als 900 bis über 1600 MPa, vorzugsweise von etwa 1500 MPa ausgelegt. Wichtig ist, dass genügend Material hinter, d.h. auf der Kopfteilseite der Stanzkante 28 im Bereich der genannten Umfangsfläche 34 vorhanden ist, damit der Stanzabschnitt die erforderliche Stanzarbeit leisten kann. Eine gewisse Verformung des Stanzabschnitts 22 ist jedoch möglich und sogar erwünscht, damit das höherfeste Blechmaterial in den Stanzabschnitt 22 zur Ausbildung einer ringförmigen Einschnürung bzw. einer ringförmigen Rille 36 (2C) hineingedrückt werden kann. Im Allgemeinen sollte der Stanzabschnitt aber so ausgelegt sein, d.h. mit einer axialen Höhe h, dass unter den Einstanzkräften keine unerwünschte Verformung (außer der Rille bzw. der Einschnürung 36) eintritt. In der Praxis bedeutet dies, dass die axiale Höhe h des Stanzabschnitts wie folgt bemessen werden sollen:The self-piercing bolt element 10 the 1A to 1D as well as all other bolt elements disclosed here according to the present teaching are especially not exclusively designed for use with sheet metal parts with a strength in the range of greater than 900 to over 1600 MPa, preferably of about 1500 MPa. It is important that there is enough material behind, ie on the head part side of the punched edge 28 in the area of the said peripheral surface 34 is present so that the punching section can perform the required punching work. A certain deformation of the stamping section 22 is, however, possible and even desirable, so that the higher-strength sheet material in the stamping section 22 to form an annular constriction or an annular groove 36 ( 2C ) can be pushed in. In general, however, the punching section should be designed so that it has an axial height h that no undesired deformation occurs under the punching forces (apart from the groove or the constriction) 36 ) entry. In practice, this means that the axial height h of the punching section should be dimensioned as follows:

Die axiale Höhe h der genannten Umfangsfläche 34 soll mindestens 30% und vorzugsweise mindestens 50 % der Blechdicke entsprechen, wobei axiale Höhen bis zu 100% der Blechteildicke und sogar darüber hinaus möglich sind, wenn das Element an das Blechteil innerhalb einer Sicke angebracht wird.The axial height h of the said peripheral surface 34 should correspond to at least 30% and preferably at least 50% of the sheet metal thickness, axial heights of up to 100% of the sheet metal part thickness and even beyond being possible if the element is attached to the sheet metal part within a bead.

Die oben erwähnten Werte 30%, 50%, 100% und darüber sind erfindungsgemäß folgendermaßen zu verstehen. Wenn ein Loch in einem Blechteil gestanzt wird, wird das Blechteil zu etwa 30% (ein Drittel) durch Scherkräften zwischen dem Stanzabschnitt und der Matrize geschnitten und zu 70% (zwei Drittel) gebrochen. Dies bedeutet, dass wenn der Stanzabschnitt eine axiale Höhe h hat, die 30% der Blechteildicke beträgt, dies bei einem spröden Blechmaterial ausreicht um den Stanzbutzen zu erzeugen. Es ist aber so, dass bei hochfesten Blechen man grundsätzlich versucht, mit dünnen Blechen zu arbeiten, so dass bei einem Stanzabschnitt, der eine Höhe h von „nur“ 30% der Blechteildicke aufweist, der Stanzabschnitt recht kurz wäre und es ist dann schwierig eine ausreichende Rille 36 für den Würgegriff im kurzen Stanzabschnitt zu erzeugen. Daher ist es vernünftig mit einem Stanzabschnitt mit einer Höhe h von mindestens 50% der Blechteildicke zu arbeiten. Es ist auch wichtig den Stanzbutzen mittels des Stanzabschnitts durch die Öffnung der Matrize hindurch zu drücken. So gesehen ist eine Höhe h des Stanzabschnitts von etwas weniger als 100% der Blechteildicke vorteilhaft. Man will einerseits sichergehen, dass der Stanzabschnitt nicht über die Unterseite des Blechteils hinausragt, da dies für die Anschraubsituation und die erwünschte direkte Klemmung nachteilig wäre, es sei denn das Bolzenelement im Bodenbereich einer Sicke am Blechteil angebracht wird. Dann kann der Stanzabschnitt einen Höhe h aufweisen, die größer ist als die Blechteildicke.The above-mentioned values 30%, 50%, 100% and above are to be understood as follows according to the invention. When a hole is punched in a sheet metal part, about 30% (one third) of the sheet metal part is cut by shear forces between the punching section and the die and 70% (two thirds) is broken. This means that if the punching section has an axial height h that is 30% of the sheet metal part thickness, this is sufficient for a brittle sheet metal material to produce the punching slug. It is the case, however, that with high-strength sheet metal you always try to work with thin sheet metal, so that with a stamped section that has a height h of "only" 30% of the sheet metal part thickness, the stamped section would be quite short and it would then be difficult sufficient groove 36 for the stranglehold in the short stamping section. It is therefore reasonable to work with a punched section with a height h of at least 50% of the sheet metal thickness. It is also important to push the punching slug through the opening of the die using the punching section. Seen in this way, a height h of the stamping section of somewhat less than 100% of the sheet metal part thickness is advantageous. On the one hand, one wants to make sure that the punched section does not protrude beyond the underside of the sheet metal part, since this would be disadvantageous for the screwing situation and the desired direct clamping, unless the bolt element is attached to the sheet metal part in the base region of a bead. The stamping section can then have a height h which is greater than the sheet metal part thickness.

Wichtig ist im Regelfall, dass die freie Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 nicht über die dem Kopfteil abgewandten Seite des Blechteils vorsteht, wobei üblicherweise die freie Stirnseite 30 bis etwa 0.2 mm gegenüber der genannten Seite 76 des Blechteils 26 zurückversetzt sein soll. Dieser Betrag, um den die Stirnseite des Stanzabschnitts gegenüber der Seite 76 des Blechteils zurückversetzt sein kann, kann allerdings auch im Bereich von 0,1 zu 0,6mm liegen. Hierdurch kann ein weiteres Bauteil an das Blechteil 26 direkt angeschraubt werden, und es wird die erwünschte Direktklemmung des Bauteils mit dem Blechteil 26 erreicht. Dies bedeutet aber, dass die axiale Höhe des Stanzabschnitts, d.h. der Umfangsfläche 34, nicht größer als 100 % der Blechteildicke sein darf, es sei denn, das Bolzenelement ist innerhalb einer Sicke 32 (in 6A und 6B gezeigt) am Blechteil 26 angebracht. In diesem Fall ermöglicht die Wahl der axialen Tiefe der Sicke 32 stets eine Anordnung, bei der die freie Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 des Bolzenelements 10 stets hinter der Ebene der dem Kopfteil 14 des Bolzenelements 10 abgewandten Seite des Blechteils 26 außerhalb der Sicke steht, und zwar unabhängig von der jeweiligen Blechteildicke.It is usually important that the free end face 30 of the punching section 22 does not protrude beyond the side of the sheet metal part facing away from the head part, usually the free end side 30 up to about 0.2 mm opposite the named side 76 of the sheet metal part 26 should be set back. This amount by which the face of the stamping section is opposite the side 76 of the sheet metal part can be set back, but can also be in the range of 0.1 to 0.6 mm. This allows another component to be attached to the sheet metal part 26 screwed directly, and it becomes the desired direct clamping of the component with the sheet metal part 26 reached. However, this means that the axial height of the stamping section, ie the peripheral surface 34 , may not be greater than 100% of the sheet metal part thickness, unless the bolt element is within a bead 32 (in 6A and 6B shown) on the sheet metal part 26 appropriate. In this case, the choice of the axial depth of the bead allows 32 always an arrangement in which the free end face 30 of the punching section 22 of the bolt element 10 always behind the level of the headboard 14 of the bolt element 10 opposite side of the sheet metal part 26 is outside the bead, regardless of the respective sheet metal thickness.

Die 2A zeigt schematisch die Werkzeuge, die verwendet werden, um das Bolzenelement 10 gemäß 1A bis 1D oder vergleichbare Elemente in ein Blechteil 26 einzustanzen. Das Werkzeug besteht aus einem Setzkopf 42, der mit einer Aufnahme 44 versehen ist, die der Kopfform des Bolzenelements 10 angepasst ist, so dass der Stanzabschnitt 22 vor der unteren Stirnseite 46 des Setzkopfes 42 vorsteht. Die Blechanlagefläche 20 des Bolzenelements 10 liegt in der gleichen Ebene wie die Stirnseite 46 des Setzkopfes 42.The 2A shows schematically the tools that are used to make the bolt element 10 according to 1A to 1D or comparable elements in a sheet metal part 26 to punch. The tool consists of a setting head 42 with one shot 44 is provided, the head shape of the bolt element 10 is adjusted so that the punching section 22 in front of the lower front 46 of the setting head 42 protrudes. The sheet metal contact surface 20 of the bolt element 10 lies in the same plane as the face 46 of the setting head 42 ,

Setzköpfe dieser Art sind bestens bekannt und werden üblicherweise für die automatische Zufuhr von Bolzenelementen 10 aus einem Vorrat (nicht gezeigt) in die Aufnahme 44 ausgelegt. Beispiele für solche Setzköpfe sind unter anderem in der europäischen Patentschrift EP-755749 B2 der vorliegenden Anmelderin enthalten. Ferner könnte beispielsweise ein Setzkopf zur Anwendung gelangen, wie er in GB-A-934101 beschrieben ist.Setting heads of this type are well known and are usually used for automatic Feeding of bolt elements 10 from a supply (not shown) into the receptacle 44 designed. Examples of such setting heads are found, among others, in the European patent specification EP-755749 B2 of the present applicant. Furthermore, for example, a setting head as described in GB-A-934101 could be used.

Unterhalb des Blechteils 26 befindet sich eine Matrize 50 mit einer mittleren Öffnung 52, deren Querschnittsform der des Stanzabschnitts 22 entspricht, wobei die Matrizenöffnung 52 geringfügig größer ausgeführt ist als der Stanzabschnitt 22, damit dieser mit geringem Spiel in die Öffnung 52 hineinpasst. Beispielsweise könnte die Öffnung 52 im Vergleich zum Stanzabschnitt 22 etwa 0,01 mm im Durchmesser bzw. in ihrer Querabmessung größer sein. Die Öffnung 52 hat eine mittlere Längsachse 54, die mit der mittleren Längsachse 18 des Bolzenelements 10 und mit der mittleren Längsachse 48 des Setzkopfs 42 fluchtet.Below the sheet metal part 26 there is a matrix 50 with a middle opening 52 whose cross-sectional shape is that of the stamping section 22 corresponds, with the die opening 52 is made slightly larger than the punched section 22 , so that this with little play in the opening 52 fits. For example, the opening 52 compared to the punching section 22 about 0.01 mm larger in diameter or in their transverse dimension. The opening 52 has a central longitudinal axis 54 that with the central longitudinal axis 18 of the bolt element 10 and with the central longitudinal axis 48 of the setting head 42 flees.

Man sieht aus 2A auch das Vorloch 38, das im Blechteil 26 in einer vorausgehenden Operation hergestellt wird. Das Vorloch 38 ist im Durchmesser größer als der Durchmesser des Schaftteils 16 jedoch kleiner als die kleinste Querabmessung des Stanzabschnitts 22, wodurch der Stanzabschnitt den Rand des Loches 38 wegstanzen kann um den Stanzbutzen 64 zu bilden. Wie aus 2A ersichtlich ist die Ausrichtung der mittleren Längsachse 18 des Bolzenelements 10 mit dem Vorloch 38 nicht kritisch.You look 2A also the pilot hole 38 that in the sheet metal part 26 is made in a previous operation. The pre-hole 38 is larger in diameter than the diameter of the shaft part 16 however smaller than the smallest transverse dimension of the punching section 22 , causing the stamping section the edge of the hole 38 can punch away around the punching slug 64 to build. How out 2A the orientation of the central longitudinal axis can be seen 18 of the bolt element 10 with the pilot hole 38 not critical.

Da die Öffnung 52 der Matrize den Stanzabschnitt 22 mindestens im Bereich dessen Stirnkante aufnehmen soll, muss die Matrize im entsprechenden Werkzeug 58 der Presse entsprechend der Ausrichtung des Bolzenelements 10 im Setzkopf ausgerichtet sein.Because the opening 52 the die section 22 The die must be in the corresponding tool at least in the area of its front edge 58 the press according to the orientation of the bolt element 10 be aligned in the setting head.

Ferner soll erwähnt werden, dass die Passage 56 unterhalb der Öffnung 52 von dieser weg divergiert, damit der Stanzbutzen 64, der erst dann entsteht, wenn das Bolzenelement 10 durch eine sich in Pfeilrichtung F wirkende Kraft gegen das Blechteil 26 und gegen die Matrize 50 gedrückt wird, entsorgt werden kann. In dieser Figur kann ein so genannter Niederhalter (nicht gezeigt) im Setzkopf 42 integriert werden. Dieser Niederhalter hat die Aufgabe, vor dem Durchstanzen des Blechteils 26 dieses fest gegen die Stirnseite 60 der Matrize 50 bzw. gegen die obere Seite des die Matrize 50 aufnehmenden Werkzeugs 58 zu drücken. Der Niederhalter kann beispielsweise durch einen zylindrischen Teil gebildet werden der den gezeigten Kopfteil 14 des Setzkopfes 42 umgibt und nach unten vorgespannt sein kann.It should also be mentioned that the passage 56 below the opening 52 diverges away from this so that the punching slug 64 , which only arises when the bolt element 10 by a force acting in the direction of arrow F against the sheet metal part 26 and against the die 50 is pressed, can be disposed of. In this figure, a so-called hold-down device (not shown) can be placed in the setting head 42 to get integrated. This hold-down device has the task of punching through the sheet metal part 26 this firmly against the front 60 the die 50 or against the top of the die 50 receiving tool 58 to press. The hold-down device can be formed, for example, by a cylindrical part of the head part shown 14 of the setting head 42 surrounds and can be biased downwards.

Üblicherweise wird die Matrize 50 im unteren Werkzeug 58 einer Presse aufgenommen und zwar so, dass die obere Stirnseite 60 in 2A bündig mit der Oberfläche des unteren Werkzeugs 58 liegt. Der Setzkopf 42 wird dann entweder an einer Zwischenplatte der Presse oder an einem oberen Werkzeug der Presse montiert. Es ist genauso möglich, die Matrize 50 in der Zwischenplatte einer Presse unterzubringen, und den Setzkopf 42 dann im oberen Werkzeug der Presse anzuordnen. Ferner sind auch umgekehrte Anordnungen möglich, bei denen die Matrize 50 oberhalb des Setzkopfs 42 angeordnet ist, beispielsweise so, dass der Setzkopf 42 nach oben weisend im unteren Werkzeug 58 der Presse oder in der Zwischenplatte der Presse angeordnet ist, während die Matrize 50 dann folgerichtig auch in umgekehrter Position gegenüber 2A in der Zwischenplatte der Presse bzw. im oberen Werkzeug der Presse anzuordnen wäre.Usually the die 50 in the lower tool 58 a press picked up so that the top end 60 in 2A flush with the surface of the lower tool 58 lies. The setting head 42 is then mounted either on an intermediate plate of the press or on an upper tool of the press. It is also possible to use the die 50 to accommodate in the intermediate plate of a press, and the setting head 42 then to be placed in the upper tool of the press. Reverse arrangements are also possible in which the die 50 above the setting head 42 is arranged, for example, so that the setting head 42 pointing upwards in the lower tool 58 the press or in the intermediate plate of the press is arranged while the die 50 then logically in the opposite position 2A to be arranged in the intermediate plate of the press or in the upper tool of the press.

Schließlich ist es nicht erforderlich, eine Presse zum Einstanzen des Bolzenelements 10 zu verwenden, sondern diese Funktion könnte von einem mit entsprechenden Werkzeugen ausgestatteten Roboter oder von einer kraftbetätigten Zange übernommen werden.Finally, it is not necessary to use a press to punch the bolt element 10 to use, but this function could be performed by a robot equipped with appropriate tools or by a power-operated pliers.

Um die Öffnung 52 der Matrize herum befindet sich eine Ringnase 62, die in diesem Beispiel in Draufsicht eine quadratische Form mit gerundeten Ecken entsprechend der Umrissform des Stanzabschnitts 22 aufweist. Die Nase 62 hat eine senkrechte Flanke 66, die die Öffnung 52 umschließt und eine Schrägflanke 68.Around the opening 52 There is a ring nose around the die 62 , which in this example shows a square shape in plan view with rounded corners corresponding to the outline shape of the punching section 22 having. The nose 62 has a vertical flank 66 that the opening 52 encloses and a sloping flank 68 ,

Beim Schließen der Presse bzw. des Werkzeugs gemäß 2A stanzt der Stanzabschnitt 22 den Stanzbutzen 64 aus dem Blechteil 26, der dann durch die Passage 56 der Matrize hindurch fällt und aus der Presse entsorgt werden kann. Die Durchstanzung des Blechteils erfolgt aufgrund von Scherkräften, die zwischen der Stanzkante 28 des Stanzabschnitts 22 und der Begrenzung der Öffnung 52 an der Oberseite der Matrize entstehen.When closing the press or the tool according to 2A the stamping section 22 the punching slug 64 from the sheet metal part 26 then through the passage 56 the die falls through and can be disposed of in the press. The sheet metal part is punched through due to shear forces between the punching edge 28 of the punching section 22 and limiting the opening 52 arise at the top of the die.

Aufgrund der enormen Kraft beim Durchstanzen des Blechteils wird nicht nur das Blechteil radial nach innen verformt, sondern auch der Stanzabschnitt 22. Hierdurch wird die Stanzkante 28 nach oben gedrückt und der Stanzabschnitt 22 nach außen, was aus 2C zu sehen ist. Oberhalb dieser Verformung entsteht somit eine Hinterschneidung in Form der Rille 36.Due to the enormous force when punching through the sheet metal part, not only the sheet metal part is deformed radially inwards, but also the stamping section 22 , This will make the punch edge 28 pushed up and the punching section 22 outwards what from 2C you can see. An undercut in the form of the groove thus arises above this deformation 36 ,

Während des Durchstanzens des Blechteils drückt auch die Ringnase 62 gegen die Unterseite des Blechteils und bildet dort eine Vertiefung 70, die sich um den Stanzabschnitt 22 im Bereich dessen Stirnkante herum erstreckt. Das Material, das durch die Ausbildung der Vertiefung 70 verdrängt wird, wird aufgrund der erheblichen Kompression innerhalb der Presse gezwungen, seitlich in den Stanzabschnitt 22 hineinzufließen, weshalb dort die Rille 36 entsteht, wodurch das Blechteil 26, das sich in die Rille 36 hineinerstreckt, formschlüssig mit dem Bolzenelement 10 verbunden ist. Darüber hinaus sorgt die Nase 62 dafür, dass der Butzen sauber vom restlichen Blechmaterial getrennt wird, ohne dass der Stanzabschnitt 22 aus der unteren Ebene des Bleches herausragen muss, sondern um etwa 0,2 mm zurück bleibt.The ring nose also presses while punching through the sheet metal part 62 against the underside of the sheet metal part and forms a depression there 70 that are around the stamping section 22 extends around the end edge. The material created by the formation of the deepening 70 is displaced, is forced due to the considerable compression within the press, laterally in the stamping section 22 to flow in, which is why the groove there 36 arises whereby the sheet metal part 26 that is in the groove 36 stretched in, positively with the bolt element 10 connected is. In addition, the nose cares 62 ensuring that the slug is cleanly separated from the rest of the sheet material, without the punching section 22 must protrude from the lower level of the sheet, but remains about 0.2 mm.

Das Bolzenelement 10 ist verdrehsicher um die Achse 18 im Blechteil gehalten, da hier die quadratische Form des Stanzabschnitts 22, der in der formangepassten Ausstanzöffnung 72 im Blechteil 26 angeordnet ist, eine gegenseitige Verdrehung des Blechteils 26 und des Bolzenelements 10 verhindert. Durch das Material, das sich in der Rille 36 befindet, wird nicht nur eine hohe Lochlaibung zwischen dem Blechteil 26 und dem Bolzenelement 10 erzeugt, die auch zur Verdrehsicherung beiträgt, sondern es wird auch ein Formschluss derart erzeugt, dass das Auspressen des Bolzenelements 10 aus dem Blechteil 26 in Auspressrichtung 74 (2B) nicht möglich ist oder nur bei Anbringung von erheblichen zerstörerischen Kräften. Die Gefahr, dass das Bolzenelement 10 nach unten in die entgegengesetzte Richtung (entgegengesetzt zu der Pfeilrichtung 74) gedrückt wird, ist deshalb nicht gegeben, weil die Blechanlagefläche 20 vollflächig auf der Oberfläche des Blechteils 26 sitzt und dies verhindert.The bolt element 10 is secure against rotation around the axis 18 held in the sheet metal part, since here the square shape of the stamped section 22 in the die-cut opening 72 in the sheet metal part 26 is arranged, a mutual rotation of the sheet metal part 26 and the bolt element 10 prevented. Due to the material that is in the groove 36 is not only a high hole reveal between the sheet metal part 26 and the bolt element 10 generated, which also contributes to the rotation, but it is also a positive connection is generated such that the pressing of the bolt element 10 from the sheet metal part 26 in the squeezing direction 74 ( 2 B) is not possible or only if considerable destructive forces are applied. The danger that the bolt element 10 down in the opposite direction (opposite to the direction of the arrow 74 ) is not given because the sheet contact surface 20 all over the surface of the sheet metal part 26 sits and prevents this.

Die Überlappung im Bereich der Rille 36 des Stanzabschnitts ist in einem großen Maßstab in 2C gezeigt. Im Betrieb wird ein weiteres Bauteil an der Unterseite 76 des Blechteils 26 in 2A angebracht, und zwar mittels einer Mutter (nicht gezeigt), deren Gewinde von unten in 2B kommend auf das Gewinde 24 aufgeschraubt wird. Man sieht aus den Zeichnungen der 2B und 2C, dass die untere Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 gegenüber der Unterseite 76 des Blechteils leicht zurückversetzt ist. Dies bedeutet, dass in der Anschraubsituation, d.h. wenn ein weiteres Bauteil mittels des oben genannten Schraubbolzens an dem Blechteil 26 befestigt wird, die Stirnseite 30 des Bolzenelements so positioniert ist, dass das Blechteil 40 und das weitere Bauteil wenigstens im Bereich des Bolzenelements 10 flächig aneinander liegen und gegeneinander im Sinne einer hochwertigen Schraubverbindung verspannt werden können.The overlap in the area of the groove 36 of the stamping section is in on a large scale 2C shown. In operation, another component is on the bottom 76 of the sheet metal part 26 in 2A attached, by means of a nut (not shown), the thread from below in 2 B coming on the thread 24 is screwed on. One can see from the drawings of the 2 B and 2C that the lower front 30 of the punching section 22 towards the bottom 76 of the sheet metal part is set back slightly. This means that in the screw-on situation, ie when another component is attached to the sheet metal part by means of the above-mentioned screw bolt 26 is attached to the front 30 of the bolt element is positioned so that the sheet metal part 40 and the further component at least in the region of the bolt element 10 lie flat against each other and can be braced against each other in the sense of a high-quality screw connection.

Das selbststanzende Bolzenelement gemäß der vorliegenden Lehre ist vorzugsweise so ausgelegt, dass der Stanzabschnitt in Draufsicht polygonal ist mit gerundeten Ecken 78 an den Übergängen von einer Seite des Polygons zur nächsten. Dies gilt in der gezeigten Ausführungsform gemäß 1A bis 1D auch für die Formgebung des Kopfteils 14, d.h. dieser ist auch mit gerundeten Ecken 80 an den Übergängen von einer Seite des Polygons zur nächsten. Im Beispiel der 1A bis 1D ist die polygonale Form des Stanzabschnitts 22 und des Kopfteils 14 quadratisch.The self-punching bolt element according to the present teaching is preferably designed such that the punching section is polygonal in plan view with rounded corners 78 at the transitions from one side of the polygon to the next. This applies in the embodiment shown in FIG 1A to 1D also for the shape of the headboard 14 , ie this is also with rounded corners 80 at the transitions from one side of the polygon to the next. In the example of 1A to 1D is the polygonal shape of the stamped section 22 and the headboard 14 square.

Die 6A und 6B zeigen die Möglichkeit der Anordnung des Bolzenelements am Blechteil im Bereich einer Sicke 32. Hier liegt die Blechanlagefläche 20 des Bolzenelements 10 auf der Oberseite 72 der Bodenfläche der Sicke 32 des Blechteils 26 in 6A. Aus 6B, d.h. in der Darstellung auf der Unterseite 76 des Blechteils gemäß 6A, ist es ersichtlich, dass die Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 des Bolzenelements 10 nicht über die in 6B gezeigte obere Blechseite 76 des Blechteils vorsteht. Aus diesen Zeichnungen gemäß 6A und 6B ist ersichtlich, dass der Stanzabschnitt eine Länge aufweisen kann, der die Blechdicke übersteigt, ohne dass die freie Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 über die Unterseite 76 des Blechteils 26 außerhalb der Sicke 32 hinausragt.The 6A and 6B show the possibility of arranging the bolt element on the sheet metal part in the region of a bead 32 , Here is the sheet metal contact surface 20 of the bolt element 10 on the top 72 the bottom surface of the bead 32 of the sheet metal part 26 in 6A , Out 6B , ie in the illustration on the bottom 76 according to the sheet metal part 6A , it can be seen that the face 30 of the punching section 22 of the bolt element 10 not about the in 6B shown upper sheet side 76 of the sheet metal part protrudes. From these drawings according to 6A and 6B it can be seen that the stamping section can have a length that exceeds the sheet thickness without the free end face 30 of the punching section 22 over the bottom 76 of the sheet metal part 26 outside the bead 32 protrudes.

Ferner ergibt sich aus den Zeichnungen insgesamt, dass das Kopfteil 14 des Bolzenelements mit gerundeten Begrenzungsflächen 80, und 78 versehen ist, die ohne weiteres während der Herstellung mittels eines Kaltschlagverfahrens erzeugt werden können und welche dafür sorgen, dass keine scharfen Kanten zu Ermüdungsrissen im benachbarten Bereich des Bauteils bzw. des Blechteils 26 führen.Furthermore, it can be seen from the drawings as a whole that the head part 14 of the bolt element with rounded boundary surfaces 80 , and 78 is provided, which can be easily produced during production by means of a cold impact process and which ensure that no sharp edges lead to fatigue cracks in the adjacent area of the component or the sheet metal part 26 to lead.

In allen Ausführungen ist das Material des Blechteils formschlüssig in die sich ausbildende Rille 36 aufgenommen. Die sonst verwendeten Bezugszeichen sind wie bisher zu verstehen, d.h. die bisherige Beschreibung gilt genauso für Formmerkmale, die mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.In all versions, the material of the sheet metal part is form-fitting in the groove that forms 36 added. The reference numerals otherwise used are to be understood as before, ie the description so far applies equally to shape features which are identified by the same reference numerals.

Das Ergebnis der Anbringung eines Bolzenelementes 10 gemäß der vorliegenden Lehre ist ein Zusammenbauteil, bestehend aus dem selbststanzenden Bolzenelement 10 und einem Blechteil 26 und zeichnet sich dadurch aus, dass das Blechteil 26 ein Stanzloch (Ausstanzöffnung) 72 mit einer Form entsprechend der Form des Stanzabschnitts 22 aufweist, wobei das Material des Blechteils 26 auf der der Blechanlagefläche 20 abgewandten Seite 76 des Blechteils benachbart zum Stanzabschnitt eine den Stanzabschnitt 22 umgebende Vertiefung 70 aufweist, und sich das Material des Lochrandes aufgrund der Ausbildung der Vertiefung 62 in das Bolzenelement 10 hineinerstreckt und sich dort in der Rille 36 befindet. Die Rille erstreckt sich radial in den Stanzabschnitt 22 und evtl. auch axial in den Kopfteil 14 im Bereich des Übergangs von der Umfangsfläche 34 in die Blechanlagefläche 20 hinein. Die Vertiefung 70 hat die gleiche Form in Draufsicht wie der Stanzabschnitt 22 ist aber in seinen Querabmessungen etwas größer als der Stanzabschnitt, wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist.The result of attaching a bolt element 10 According to the present teaching is an assembly part consisting of the self-piercing bolt element 10 and a sheet metal part 26 and is characterized in that the sheet metal part 26 a punch hole (punch opening) 72 with a shape corresponding to the shape of the punching section 22 has, the material of the sheet metal part 26 on the sheet metal contact surface 20 opposite side 76 of the sheet metal part adjacent to the stamping section is a stamping section 22 surrounding depression 70 has, and the material of the edge of the hole due to the formation of the recess 62 in the bolt element 10 stretched in and there in the groove 36 located. The groove extends radially into the stamping section 22 and possibly also axially in the head part 14 in the area of the transition from the peripheral surface 34 into the sheet metal contact surface 20 into it. The deepening 70 has the same shape in plan view as the punching section 22 but is in its transverse dimensions slightly larger than the stamping section, as can be seen from the drawings.

Besonders günstig ist es, wenn das Blechteil 26 im Bereich der Anbringung des Bolzenelements und auch radial außerhalb dieses Bereichs in einer Ebene liegt und die freie Stirnseite 30 des Stanzabschnitts 22 von der der Blechanlagefläche abgewandten Seite zurückversetzt ist. It is particularly favorable if the sheet metal part 26 in the area of attachment of the bolt element and also radially outside of this area lies in one plane and the free end face 30 of the punching section 22 is set back from the side facing away from the sheet metal contact surface.

Die bisher beschriebenen Bolzenelemente haben alle eine in Draufsicht quadratische Form des Stanzabschnitts 22 in Kombination mit einer entsprechenden Formgebung des Kopfteils 14.The bolt elements described so far all have a square shape of the punching section in plan view 22 in combination with an appropriate shape of the headboard 14 ,

Eine solche Formgebung ist keinesfalls zwingend erforderlich. Stattdessen könnte, wie in den 3A und 3B gezeigt, der Stanzabschnitt 22 in Draufsicht eine kreisrunde Form aufweisen und zwar in diesem Beispiel in Kombination mit einer kreisrunden Form des Kopfteils 14. Dies ist aber nicht die einzige Alternative zu einer in Draufsicht quadratischen Form des Stanzabschnitts 22.Such a shape is not absolutely necessary. Instead, as in the 3A and 3B shown the punching section 22 have a circular shape in plan view, in this example in combination with a circular shape of the head part 14 , However, this is not the only alternative to a square shape of the punching section in plan view 22 ,

Der Stanzabschnitt 22 bzw. die Rille 36 können in Draufsicht eine Form aufweisen, die aus der Gruppe quadratisch, rechteckig, fünfeckig oder sechseckig ausgewählt ist. Die 1A bis 1D geben Beispiele für eine in Draufsicht quadratische Form des Stanzabschnitts 22, und zwar in Kombination mit einer entsprechenden quadratischen Form des Kopfteils 14.The stamping section 22 or the groove 36 can have a shape in plan view, which is selected from the group square, rectangular, pentagonal or hexagonal. The 1A to 1D give examples of a square shape of the punching section in plan view 22 , in combination with a corresponding square shape of the head part 14 ,

Ein Beispiel für eine rechteckige Form des Stanzabschnitts in Kombination mit einer rechteckigen Form des Kopfteils 14 ist der 4B zu entnehmen.An example of a rectangular shape of the stamping section in combination with a rectangular shape of the head part 14 is the 4B refer to.

Ein Beispiel für eine fünfeckige Form des Stanzabschnitts in Kombination mit einer fünfeckigen Form des Kopfteils 14 ist der 4C zu entnehmen. An example of a pentagonal shape of the stamping section in combination with a pentagonal shape of the head part 14 is the 4C refer to.

Der einzige Unterschied zwischen der 4A und der 4C liegt darin, dass der Schaftteil 16' des Bolzenelements 10 der 4A kreiszylindrisch ist, anstatt einen Gewindezylinder 24 aufzuweisen wie die Schaftteile 16 der weiteren Bolzenelemente. Alle Bolzenelemente 10 können bei Bedarf als Lagerbolzen ausgebildet werden oder deren Schaftteile 16 könnten als Fixierteile für untergeordnete Anwendungen ausgebildet werden, zum Beispiel für anklippsbare Teppichösen, Verkleidungen oder für die Befestigung von Bremsleitungen oder Kabelbäumen.The only difference between the 4A and the 4C is that the shaft part 16 ' of the bolt element 10 the 4A is cylindrical rather than a threaded cylinder 24 to have as the shaft parts 16 the other bolt elements. All bolt elements 10 can be designed as bearing bolts or their shaft parts if required 16 could be designed as fixing parts for subordinate applications, for example for clip-on carpet eyelets, cladding or for fastening brake lines or cable harnesses.

Ferner könnte die kreisrunde Form des Kopfteils 14 gemäß der 3A und 3B auch mit allen anderen Formgebungen des Stanzabschnittts 22, egal ob sie in Draufsicht quadratisch fünfeckig, sechseckig oder rechteckig oder polygonal sind verwendet werdenFurthermore, the circular shape of the headboard could 14 according to the 3A and 3B also with all other shapes of the stamping section 22 , whether they are square pentagonal, hexagonal or rectangular or polygonal in plan view

Eine weitere Möglichkeit der Formgebung des Stanzabschnitts im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung besteht darin, den Stanzabschnitt anstatt mit einer achsparallelen Umfangswand 34 zu versehen, diese bereits mit einer Hinterschneidung 82 auszubilden. Zwei Beispiele für derartige Hinterschneidungen 82 sind den 5A und 5B zu entnehmen. In der 5A ist eine U-förmige Rille 84 in der Umfangsfläche 34 des Stanzabschnitts vorgesehen, d.h. eine Formgebung ähnlich der der Rille 36.Another possibility of shaping the punched section within the scope of the invention described here is to use the punched section instead of with an axially parallel peripheral wall 34 to provide this with an undercut 82 train. Two examples of such undercuts 82 are the 5A and 5B refer to. In the 5A is a U-shaped groove 84 in the peripheral surface 34 provided of the punching section, ie a shape similar to that of the groove 36 ,

In 5B wird die Hinterschneidung 82 dadurch ausgebildet, dass die Umfangsfläche 34 des Stanzabschnitts 22 einen zu der Längsachse 18 eingeschlossenen Winkel α von größer als 0° bis 15° aufweist, wobei die Umfangsfläche 34 von der Blechanlagefläche 20 bis zu der Stanzkante 28 gehend einen divergierenden Verlauf hat.In 5B becomes the undercut 82 formed in that the peripheral surface 34 of the punching section 22 one to the longitudinal axis 18 Includes included angle α of greater than 0 ° to 15 °, the peripheral surface 34 from the sheet metal contact surface 20 up to the punched edge 28 has a diverging course.

Die Aussage, dass der Stanzabschnitt 22 unmittelbar in die Blechanlagefläche übergeht, schließt nicht aus, dass dort ein Radius oder eine Fase vorliegt. Zum Beispiel kann der Übergang von der Umfangsfläche 34 in die Blechanlagefläche 20 gerundet sein oder die Form einer Schrägfläche aufweisen und, in einer axialen bzw. radialen Schnittebene gesehen, mit der Blechanlagefläche 20 einen eingeschlossenen Winkel im Bereich zwischen 85° und 90° bilden.The statement that the stamping section 22 merges directly into the sheet metal contact surface, does not exclude that there is a radius or a chamfer. For example, the transition from the peripheral surface 34 into the sheet metal contact surface 20 be rounded or have the shape of an inclined surface and, seen in an axial or radial sectional plane, with the sheet metal contact surface 20 form an included angle in the range between 85 ° and 90 °.

Bei allen Ausführungsformen können als Beispiel für den Werkstoff der Befestigungselemente alle Materialien genannt werden, die im Rahmen der Kaltverformung die Festigungswerte der Klasse 8 gemäß ISO-Standard oder höher erreichen, beispielsweise eine 35B2-Legierung gemäß DIN 1654.In all embodiments, as an example of the material of the fastening elements, all materials can be named which, in the context of cold forming, are the strength values of the class 8th according to ISO standard or higher, for example a 35B2 alloy according to DIN 1654.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Bolzenelementbolt element
1212: Flanschflange
1414: Kopfteilheadboard
1616: Schaftteilshank part
1818: mittlere Längsachsecentral longitudinal axis
2020: BlechanlageflächeSheet metal contact surface
2222: Stanzabschnittpiercing section
2424: Gewindezylinderthreaded cylinder
2626: Blechteilsheet metal part
2828: Stanzkante des Stanzabschnitts 22 Cutting edge of the cutting section 22
3030: Stirnseite des Stanzabschnitts 22 Face of the stamping section 22
3232: Sicke im Blechteil 26 Bead in the sheet metal part 26
3434: Umfangsfläche des Stanzabschnitts 22 Circumferential surface of the stamping section 22
3636: Rillegroove
3838: Vorlochpilot hole
4242: Setzkopfsetting head
44 44: Aufnahme für den Kopfteil des BolzenelementsHolder for the head part of the bolt element
4646: untere Stirnseite des Setzkopfeslower face of the setting head
4848: Längsachse des SetzkopfesLongitudinal axis of the setting head
5050: Matrizedie
5252: Öffnung der MatrizeOpening the die
5454: mittlere Längsachse der Öffnung 52 der Matrize 50 central longitudinal axis of the opening 52 the die 50
5656: divergierende Passage der Matrize 52 divergent passage of the matrix 52
5858: unteres Werkzeug der Presselower tool of the press
6060: obere Stirnseite der Matrize 50 upper face of the die 50
6262: Ringnasering nose
6464: Stanzbutzenslug
6666: senkrechte Flanke der Ringnase 62 vertical flank of the ring nose 62
6868: Schrägflanke der Ringnase 62 Sloping flank of the ring nose 62
7070: Vertiefung in der Unterseite 76 des Blechteils 26 Deepening in the bottom 76 of the sheet metal part 26
7272: Ausstanzöffnung des Blechteils 26 Punching hole in the sheet metal part 26
7474: Auspressrichtung, PfeilrichtungSqueeze direction, arrow direction
7676: Unterseite des BlechteilsUnderside of the sheet metal part
7878: gerundete Ecken des Stanzabschnitts 22 rounded corners of the punching section 22
8080: gerundete Ecken des Kopfteils 14 rounded corners of the headboard 14
8282: vorgefertigte Hinterschneidung am Stanzabschnit 22 prefabricated undercut on the punched section 22
8484: U-förmige Rille am Stanzabschnitt 22 U-shaped groove on the stamping section 22

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 2412991 A [0002, 0010]
EP 2292940 A [0002, 0010]
US 6125524 [0016]
US 7401394 [0016]
US 8734071 [0016]
US 8939689 [0016]
US 3213914 A [0036]
EP 755749 B2 [0048]

Claims

Self-punching pin element (10), which is designed to be pressed into a sheet metal part (26), the pin element forming a head part (14) forming a sheet metal contact surface (20), a central longitudinal axis (18), and one on the side of the sheet metal contact surface (209 has punching section (22) extending from the head part (14) in the direction of the longitudinal axis (18), the sheet metal contact surface preferably being in one plane and at least substantially perpendicular to the central longitudinal axis (18), characterized in that a shaft part (16) is provided , which extends away from the punching section in the direction of the central longitudinal axis and has a maximum diameter which is smaller than the smallest transverse dimension of the punching section, for the self-punching attachment of the bolt element (10) into a sheet metal part (26) of higher strength than the bolt element , the punching section (22) preferably merges directly into the sheet metal contact surface (20), and that the punching section itt (22) has a punched edge (28) on its free end face (30), the punched edge (28) being spaced apart from the sheet metal contact surface (20) by a peripheral surface (34) with an axial height (h), which is preferably approximately corresponds to the intended sheet thickness and may be about 0.2 mm smaller than this.

Self-punching bolt element (10) according to Claim 1 , characterized in that the punching section (22) is polygonal in plan view, preferably with rounded corners (78) at the transitions from one side of the polygon to the next side.

Self-punching bolt element (10) after Claim 2 , characterized in that the head part (14) also has a polygonal shape corresponding to the polygonal shape of the punching section (22) in plan view, preferably also with rounded corners (80).

Self-punching bolt element (109 after Claim 1 , characterized in that the head part (14) is circular in plan view.

Self-punching bolt element (10) according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that the punching section (22) has a shape in plan view, which is selected from the group square, rectangular, pentagonal or hexagonal.

Self-punching bolt element (10) after Claim 1 or 4 , characterized in that the stamping section and the head part are each at least substantially circular in plan view.

Self-punching bolt element (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the peripheral surface (34) of the punching section has either an axially parallel course or an undercut (82) in any radial planes which enclose the longitudinal axis (18).

Self-punching bolt element (10) according to one of the preceding claims, characterized in that when an undercut (82) is provided, the peripheral surface (34) of the punched section has an angle (α) of greater than 0 ° to 15 ° to the longitudinal axis (18) , wherein the peripheral surface (34) from the sheet metal contact surface (20) to the punched edge (28) has a diverging profile.

Assembly part consisting of a self-piercing bolt element (10) according to one of the preceding claims and a sheet metal part (14), characterized in that the sheet metal part (40) has a punched hole (72) with a shape corresponding to the shape of the punched section (22) that the Material of the sheet metal part (26) on the side (68) of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface (20) adjacent to the punching section has a depression (62) surrounding the punching section (22), and that the material of the hole edge changes due to the formation of the depression (62 ) into the bolt element (10) and is located there in a groove (36) which is located radially in the stamping section (22) and possibly also axially in the head part (14) in the region of the transition from the peripheral surface (34) into the Sheet metal contact surface (20).

Assembly part after Claim 9 , characterized in that the bolt element (10) has a strength in the range from 700 to 900 MPa and the sheet metal part (40) has a strength in the range from greater than 900 to over 1600 MPa.

Assembly part after Claim 9 or 10 , characterized in that the sheet metal part (26) lies in the area of the attachment of the bolt element (10) and also radially outside of this area in one plane (E), and that the free end face (30) of the punched section (22) is from that of the sheet metal contact surface (20) facing away from the side.

Assembly part after Claims 9 or 10 , characterized in that the sheet metal part (26) is provided with a bead (32), that the side (76) of the sheet metal part (26) facing away from the sheet metal contact surface (20) lies directly outside the bead (32) in a plane (E) , and that the free end face (30) of the punching section (22) projects inside the bead (32) in front of the side (76) of the sheet metal part (40) facing away from the sheet metal contact surface, but is set back from said plane (E).

Assembly part, in particular according to one of the Claims 9 to 12 where the punching section (22) of the bolt element has a strength less than that of the sheet metal material, as a result of which the stamped section is displaced by the displacement of sheet metal material during the formation of an annular recess (70) surrounding the punched hole and the punched section (22) on the side of the sheet metal part facing away from the sheet metal contact surface (20) (26) is shaped in such a way that it has a constriction or groove (36) formed on the stamping section (22) and receiving sheet metal material, which is caused by compression of the element during punching through of the sheet metal part (40) and / or by the stranglehold of the sheet metal material , ie by the clamping ring tension of the sheet material.

Method for producing an assembly part according to one of the preceding Claims 9 to 13 , characterized in that the sheet metal part (26) is pre-punched, the hole (38) formed during the pre-punching being larger than the outer diameter of the shaft part (16), but smaller than the cross section of the punched section (22), and that after insertion of the shaft part (16) into the hole (38), the punching section (22) punches away the edge region of the hole and produces a punching slug (64).

Procedure according to Claim 14 , characterized in that by means of a die (50, which has a cavity (56) receiving the shaft part and having an opening (52) and a ring nose (62) surrounding the opening (52), the ring nose (62) has its transverse dimension the radially inner side is larger than the punched cut (22) and thereby forms a recess (70) or an annular groove in the sheet metal material around the punched section.