DE102020118262A1 - functional element - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbststanzendes Funktionselement, das zum Einstanzen in ein Werkstück, insbesondere in ein Blechteil, ausgelegt ist Es umfasst ein einen Flansch bildenden Kopfteil mit einer Anlagefläche zur Anlage an dem Werkstück und einen sich von dem Kopfteil, insbesondere von der Anlagefläche, weg erstreckenden Stanzabschnitt , der insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse des Funktionselements angeordnet ist. Der Stanzabschnitt weist an seinem freien Ende eine umlaufende Stanzkante zum Durchstanzen des Werkstücks auf und umgibt einen Hohlraum in Umfangsrichtung, der eine durch die Stanzkante definierte Öffnung aufweist. Eine dem Hohlraum zugewandte Innenwand des Stanzabschnitts weist zumindest eine nach radial innen in den Hohlraum ragende Butzensicherungserhebung auf, insbesondere wobei die Erhebung die Form einer in axialer Richtung verlaufenden Rippe aufweist.The present invention relates to a self-punching functional element which is designed for punching into a workpiece, in particular into a sheet metal part. It comprises a head part forming a flange with a contact surface for contact with the workpiece and a head part, in particular from the contact surface, away from it extending punching section, which is in particular arranged coaxially to a central longitudinal axis of the functional element. At its free end, the punching section has a peripheral punching edge for punching through the workpiece and surrounds a cavity in the peripheral direction, which has an opening defined by the punching edge. An inner wall of the punched section facing the cavity has at least one slug securing elevation projecting radially inwards into the cavity, in particular the elevation having the shape of a rib running in the axial direction.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbststanzendes Funktionselement, das zum Einstanzen in ein Werkstück, insbesondere in ein Blechteil, ausgelegt ist. Das Element umfasst ein einen Flansch bildenden Kopfteil und einen sich von dem Kopfteil weg erstreckenden und insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse des Funktionselements angeordneten Stanzabschnitt mit einer umlaufenden Stanzkante.The present invention relates to a self-piercing functional element which is designed for stamping into a workpiece, in particular into a sheet metal part. The element comprises a head part forming a flange and a punched section, which extends away from the head part and is in particular arranged coaxially to a central longitudinal axis of the functional element, with a peripheral punched edge.

Auf dem Gebiet der Verbindungselemente bzw. Funktionselemente, die bei der Anfertigung von Werkstücken, wie etwa Blechteilen, an diesen maschinell angebracht werden, unterscheidet man zwischen Einpresselementen einerseits und Nietelementen andererseits. Einpresselemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei Anbringung an ein Werkstück zumindest nicht absichtlich verformt werden, sondern das Werkstück wird verformt und in Eingriff mit Formmerkmalen des Einpresselementes gebracht, wodurch das Einpresselement auspresssicher am Blechteil befestigt wird. Bei Nietelementen wird das Element bei der Anbringung am Blechteil absichtlich verformt, meistens um ein Nietbördel auszubilden, wodurch das Blechteil zwischen dem Nietbördel und einem Flanschteil eingefangen wird, um auch hier eine auspresssichere Verbindung zu erreichen.In the field of connecting elements or functional elements, which are mechanically attached to workpieces, such as sheet metal parts, when they are produced, a distinction is made between press-in elements on the one hand and rivet elements on the other. Press-in elements are characterized in that they are at least not intentionally deformed when attached to a workpiece, but the workpiece is deformed and brought into engagement with shape features of the press-in element, whereby the press-in element is secured to the sheet metal part in a press-proof manner. In the case of rivet elements, the element is intentionally deformed when it is attached to the sheet metal part, mostly in order to form a rivet bead, whereby the sheet metal part is caught between the rivet bead and a flange part in order to achieve a connection that is safe from being pressed out.

Sowohl Einpresselemente als auch Nietelemente kennt man ferner als selbststanzende Elemente. Die Bezeichnung selbststanzend ist so zu verstehen, dass das entsprechende Element in Zuge des Befestigungsprozesses sein eigenes Loch in das Werkstück stanzt. Die dafür erforderliche Kraft wird beispielsweise von einer Presse, von einem Roboter oder einer kraftbetätigten Zange erzeugt. Dabei wird das selbststanzende Element gegen das Werkstück gepresst, während dieses auf der dem Element abgewandten Seite auf eine entsprechende Matrize abgestützt wird. Selbststanzende Elemente sind mit Kostenvorteilen verbunden, da das Werkstück nicht vorgelocht werden muss.Both press-in elements and rivet elements are also known as self-piercing elements. The term self-piercing means that the element in question punches its own hole in the workpiece during the fastening process. The force required for this is generated, for example, by a press, a robot or power-operated tongs. The self-piercing element is pressed against the workpiece, while this is supported on a corresponding die on the side facing away from the element. Self-punching elements are associated with cost advantages since the workpiece does not have to be pre-punched.

Funktionselemente der vorstehend beschriebenen Art finden unter anderem - aber bei weitem nicht nur - im Automobilbau Anwendung. Mit der Ausweitung der Einsatzgebiete selbststanzender Funktionselemente steigen auch die Anforderungen an die Sicherheit des entsprechenden Prozesses, mittels dem die Elemente an einem Werkstück befestigt werden. Problematisch ist unter anderem der Verbleib des bei dem Befestigungsprozess ausgestanzten Butzens. Wird dieser nicht zuverlässig abgeführt, so kann er das Befestigungswerkzeug und/oder das Werkstück beschädigen. Für eine zuverlässige Butzenabfuhr zu sorgen, ist in manchen Anwendungsfällen aufwändig und daher kostentreibend.Functional elements of the type described above are used, among other things - but by no means only - in automobile construction. With the expansion of the areas of application of self-punching functional elements, the requirements for the safety of the corresponding process, by means of which the elements are attached to a workpiece, also increase. One of the problems is the whereabouts of the slug punched out during the fastening process. If this is not reliably dissipated, it can damage the fastening tool and/or the workpiece. In some applications, ensuring reliable slug removal is complex and therefore expensive.

Bei manchen Elementen herkömmlicher Art verbleibt der Butzen in dem Stanzabschnitt. Bei dem Ausstanzen des Butzens verspreizt er sich darin. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass er sich bei starken Belastungen oder Vibrationen löst.With some elements of the conventional type, the slug remains in the stamping section. When the slug is punched out, it expands in it. However, it cannot be ruled out that it will come loose under heavy loads or vibrations.

Es besteht daher ein Bedarf nach selbststanzenden Funktionselementen, die sich auf einfache Weise zuverlässig an einem Werkstück befestigen lassen und mit denen die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden.There is therefore a need for self-piercing functional elements that can be reliably attached to a workpiece in a simple manner and with which the disadvantages described above can be avoided.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein selbststanzendes Funktionselement bereitgestellt, das diesen Bedarf befriedigt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Funktionselement ein einen Flansch bildenden Kopfteil mit einer Anlagefläche zur Anlage an dem Werkstück und einen sich von dem Kopfteil, insbesondere von der Anlagefläche, weg erstreckenden Stanzabschnitt umfasst, der insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse des Funktionselements angeordnet ist. Der Stanzabschnitt weist an seinem freien Ende eine umlaufende Stanzkante zum Durchstanzen des Werkstücks auf. Er umgibt einen Hohlraum in Umfangsrichtung, der eine durch die Stanzkante definierte Öffnung aufweist. Ferner weist eine dem Hohlraum zugewandte Innenwand des Stanzabschnitts zumindest eine nach radial innen in den Hohlraum ragende Butzensicherungserhebung auf. Die Erhebung kann beispielsweise die Form einer in axialer Richtung verlaufenden Rippe aufweisen.The present invention provides a self-piercing functional element that satisfies this need. According to the invention, it is provided that the functional element comprises a head part forming a flange with a contact surface for contact with the workpiece and a punched section extending away from the head part, in particular from the contact surface, which is in particular arranged coaxially to a central longitudinal axis of the functional element. At its free end, the punching section has a peripheral punching edge for punching through the workpiece. It circumferentially surrounds a cavity having an opening defined by the punched edge. Furthermore, an inner wall of the punched section facing the cavity has at least one slug securing elevation projecting radially inwards into the cavity. The elevation can, for example, have the form of a rib running in the axial direction.

Mit der Butzensicherungserhebung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, einen aus dem Werkstück herausgestanzten Butzen in dem Element - genauer in dem von dem Stanzabschnitt zumindest abschnittsweise definierten Hohlraum - auf einfache Weise zuverlässig zu sichern.With the slug securing elevation, a possibility is provided of simply and reliably securing a slug punched out of the workpiece in the element—more precisely in the cavity defined at least in sections by the punched section.

Das Element kann aus Metall sein und beispielsweise durch einen herkömmlichen Kaltschlagprozess hergestellt werden. Die Butzensicherungserhebung kann dabei gleich mit ausgeformt werden. Grundsätzlich kann das Element aber auch (teilweise oder ganz) aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus einem Kunststoff.The element can be made of metal and can be produced, for example, by a conventional cold forging process. The slug securing elevation can be formed at the same time. In principle, however, the element can also be made (partially or entirely) from a different material, for example from a plastic.

Das Element ist zur Verwendung mit den verschiedensten Werkstücken geeignet. Bevorzugt wird es an einem Blechteil aus Metall eingesetzt. Aber auch faserverstärkte Kunststoff oder Verbundwerkstoff können mit einem erfindungsgemäßen Element versehen werden.The element is suitable for use with a wide variety of workpieces. It is preferably used on a metal sheet metal part. However, fiber-reinforced plastic or composite material can also be provided with an element according to the invention.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further embodiments of the invention are indicated in the description, the claims and the accompanying drawings.

Gemäß einer Ausführungsform des selbststanzenden Funktionselements ist der Stanzabschnitt als ein zur Herstellung eines Formschlusses mit dem Werkstück umformbarer Nietabschnitt ausgestaltet. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung jedoch auch bei einem Einpresselement realisiert sein.According to one embodiment of the self-piercing functional element, the punching section is designed as a rivet section that can be deformed to produce a form fit with the workpiece. In principle, however, the present invention can also be implemented with a press-in element.

Die Anlagefläche kann in einer axialen Stirnansicht den Stanzabschnitt in Umfangsrichtung umgeben, insbesondere wobei die Anlagefläche ringförmig ausgestaltet ist. Auch der Stanzabschnitt und/oder das Kopfteil können ringförmig ausgestaltet sein. Von einer Rotationssymmetrie abweichende Grundformen der Anlagefläche, des Stanzabschnitts und/oder des Kopfteils sind ebenfalls denkbar, beispielsweise ovale oder polygonale Grundformen.In an axial end view, the contact surface can surround the punched section in the circumferential direction, in particular with the contact surface being designed in the shape of a ring. The stamped section and/or the head part can also be designed in the shape of a ring. Basic shapes of the contact surface, of the punched section and/or of the head part deviating from rotational symmetry are also conceivable, for example oval or polygonal basic shapes.

Um die Verbindung zwischen dem Werkstück und dem Funktionselement besonders zuverlässig zu gestalten, - insbesondere wenn dieses zwei zu verbindende Lagen umfasst - können die Anlagefläche und ein Außenwandabschnitt des Stanzabschnitts, der parallel zu der Längsachse angeordnet ist, über einen Übergangsabschnitt miteinander in Verbindung stehen. Der Übergangsabschnitt ist zumindest abschnittsweise gekrümmt und/oder schräg zu der Längsachse ausgebildet und angeordnet.In order to make the connection between the workpiece and the functional element particularly reliable - especially if this comprises two layers to be connected - the contact surface and an outer wall section of the punched section, which is arranged parallel to the longitudinal axis, can be connected to one another via a transition section. The transition section is curved at least in sections and/or configured and arranged obliquely to the longitudinal axis.

Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei einem Werkstück oder einer Werkstückkombination von Vorteil, das/die zwei oder mehr Lagen umfasst, und vor allem bei dem/der unterschiedliche Materialien zum Einsatz gelangen, beispielsweise bei einem zweilagigen Werkstück, bei dem die dem Element zugewandte Komponente ein Stahlblechteil ist und die dem Element abgewandte Komponente ein Aluminiumblechteil ist. Durch das Stanzen und das nachfolgende Tiefziehen der Blechwerkstoffe wird das untere Blechteil zwischen dem oberen Blechteil und einem Einlaufradius der vergleichsweise harten Matrize geklemmt. Der Einlaufradius ist die Krümmung der Matrizenform an ihrem Übergang/Kante zu einer Auflagefläche für das Werkstück.This configuration is particularly advantageous for a workpiece or a combination of workpieces that comprises two or more layers and, above all, in which different materials are used, for example in the case of a two-layer workpiece in which the component facing the element is a sheet steel part and the component facing away from the element is an aluminum sheet part. The lower sheet metal part is clamped between the upper sheet metal part and an inlet radius of the comparatively hard die by the stamping and subsequent deep-drawing of the sheet metal materials. The run-in radius is the curvature of the die shape at its transition/edge to a support surface for the workpiece.

Es wurde erkannt, dass das untere Blechteil an dem Einlaufradius der Matrize (zu) stark gequetscht wird, wenn der Einlaufradius der Matrize (zu) klein ist. Daher sollte der Einlaufradius der Matrize groß genug ausgelegt werden, wobei die Eigenschaften der beteiligten Komponenten zu berücksichtigen sind. Um zu vermeiden, dass Hohlräume zwischen den Lagen des Werkstücks und/oder zwischen den Lagen und dem Element entstehen, kann der Übergangsabschnitt des Elements, das erfindungsgemäß als ein Stanz- und Tiefziehwerkzeug fungiert, eine Krümmung und/oder eine Schräge aufweisen. Der Übergangsabschnitt kann eine zu dem Einlaufradius der Matrize komplementäre Form aufweisen. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass der Übergangsradius und der Einlaufradius gleiche Krümmungsradien aufweisen.It was recognized that the lower sheet metal part is (too) severely squeezed at the inlet radius of the die if the inlet radius of the die is (too) small. Therefore, the inlet radius of the die should be large enough, taking into account the properties of the components involved. In order to avoid the formation of cavities between the layers of the workpiece and/or between the layers and the element, the transition section of the element, which according to the invention functions as a stamping and deep-drawing tool, can have a curvature and/or a bevel. The transition section can have a shape complementary to the entry radius of the die. However, it is not absolutely necessary for the transition radius and the inlet radius to have the same radii of curvature.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Anlagefläche, der Übergangsabschnitt und/oder der Außenwandabschnitt mit zumindest einem Verdrehsicherungsmerkmal versehen, insbesondere wobei das Verdrehsicherungsmerkmal eine Erhebung oder eine Vertiefung ist. Beispielsweise ist das zumindest eine Verdrehsicherungsmerkmal eine sich in axialer oder radialer Richtung erstreckende Rippe oder Nut. In einem befestigten Zustand des Elements wirkt das Verdrehsicherungsmerkmal über einen Formschluss mit dem Werkstück zusammen, so dass das Element größeren Drehmomenten widerstehen kann. Verschiedene Verdrehsicherungsmerkmale können beliebig miteinander kombiniert werden, um die im konkreten Anwendungsfall erforderliche Sicherung gegen ein Verdrehen des Elements durch an diesem angreifende Drehmomente zu erzielen.According to one embodiment, the contact surface, the transition section and/or the outer wall section are provided with at least one anti-rotation feature, in particular with the anti-rotation feature being an elevation or a depression. For example, the at least one anti-rotation feature is a rib or groove extending in the axial or radial direction. In a fastened state of the element, the anti-rotation feature interacts with the workpiece via a form fit, so that the element can withstand greater torques. Various anti-rotation features can be combined with one another as desired in order to achieve the protection required in a specific application against the element rotating due to torques acting on it.

Die Butzensicherungserhebung kann in einem axialen Endbereich des Hohlraums angeordnet sein, der der Öffnung des Hohlraums abgewandt ist. Bevorzugt umfasst der Endbereich weniger als 50%, bevorzugt weniger als 40% einer axialen Erstreckung des Hohlraums. Insbesondere ist zumindest ein Abschnitt der Butzensicherungserhebung weiter von einem Endabschnitt entfernt, der den Hohlraum in axialer Richtung an einer der Öffnung abgewandten Seite begrenzt, als eine Dicke des zu durchstanzenden Werkstücks. Im Bereich der Öffnung des Hohlraums und in sich daran anschließenden Bereichen ist die Innenwand des Stanzabschnitts bevorzugt frei von Erhebungen, um den Stanzprozess zu optimieren.The slug securing elevation can be arranged in an axial end area of the cavity that faces away from the opening of the cavity. The end region preferably comprises less than 50%, preferably less than 40%, of an axial extension of the cavity. In particular, at least one section of the slug securing elevation is further away from an end section, which delimits the cavity in the axial direction on a side facing away from the opening, than a thickness of the workpiece to be punched through. In the area of the opening of the cavity and in the areas adjoining it, the inner wall of the punched section is preferably free of elevations in order to optimize the punching process.

Es kann vorgesehen sein, dass der Endabschnitt eine gestufte Vertiefung aufweist.It can be provided that the end section has a stepped depression.

Das Funktionselement kann ein Bolzenelement sein, das einen Bolzenabschnitt aufweist, der sich auf der dem Stanzabschnitt abgewandten Seite von dem Kopfteil erstreckt. Insbesondere ist der Bolzenabschnitt zumindest abschnittweise mit einem Außengewinde versehen. Derartige Bolzenelemente dienen in einem an einem Werkstück fixierten Zustand beispielsweise als Befestigungspunkte, mit deren Hilfe Objekte an dem Werkstück befestigt werden können. Das Bolzenelement kann beispielsweise ein Zentrierbolzen, ein Massebolzen, ein Kugelbolzen o.ä. sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Element eine Sacklochmutter ist.The functional element can be a bolt element which has a bolt section which extends from the head part on the side facing away from the punched section. In particular, the bolt section is provided with an external thread at least in sections. When fixed to a workpiece, such bolt elements serve, for example, as attachment points with the aid of which objects can be attached to the workpiece. The bolt element can, for example, be a centering bolt, a ground bolt, a ball bolt or the like. But it is also conceivable that the element is a blind nut.

Die vorliegende Erfindung betrifft fernen ein Zusammenbauteil umfassend ein Funktionselement nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und ein Werkstück, insbesondere zumindest ein Blechteil, wobei ein durch den Stanzabschnitt ausgestanzter Butzen in dem Hohlraum angeordnet ist, der von der Butzensicherungserhebung reibschlüssig und/oder formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist.The present invention also relates to an assembly component comprising a functional element according to one of the embodiments described above and a workpiece, in particular at least one sheet metal part, with a slug punched out by the punching section being arranged in the cavity, which slug is held in the cavity with a friction fit and/or a form fit by the slug securing elevation.

Gemäß einer Ausführungsform des Zusammenbauteils kann der Butzen von einem umgeformten Abschnitt der Butzensicherungserhebung formschlüssig in dem Hohlraum gehalten sein. Insbesondere erfolgt die Umformung des genannten Abschnitts bei der Herstellung des Zusammenbauteils, also bei der Befestigung des Elements an dem Werkstück. Der umgeformte Abschnitt der Erhebung sichert den Butzen (evtl. zusätzlich zu einem Reibschluss) zuverlässig in dem Hohlraum, so dass die eingangs beschriebenen Probleme vermieden werden. Insbesondere hintergreift der umgeformte Abschnitt den Butzen an einer dem Kopfteil abgewandten Seite.According to one embodiment of the assembly component, the slug can be held in the hollow space in a form-fitting manner by a deformed section of the slug securing elevation. In particular, the reshaping of said section takes place during the manufacture of the assembled component, that is to say when the element is fastened to the workpiece. The formed section of the elevation reliably secures the slug (possibly in addition to a friction fit) in the cavity, so that the problems described above are avoided. In particular, the formed section engages behind the slug on a side facing away from the head part.

Der Butzen kann in einem der Butzensicherungserhebung benachbarten Bereich umgeformt sein, insbesondere in radialer Richtung. Beispielsweise weist er eine Kerbe auf, die bei dem Heraustrennen des Butzens durch eine rippenartige Butzensicherungserhebung erzeugt wird. Dies trägt zu einer Verbesserung eines Reibschlusses zwischen dem Element und dem Butzen bei.The slug can be deformed in a region adjacent to the slug securing elevation, in particular in the radial direction. For example, it has a notch which is produced by a rib-like slug securing elevation when the slug is separated. This contributes to an improvement in frictional engagement between the element and the slug.

Um potentiell störende Konturen zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass der Butzen und der umgeformte Abschnitt der Butzensicherungserhebung an einer dem Kopfteil abgewandten Seite bündig miteinander abschließen. Falls eine Umformung der Butzensicherungserhebung vorgesehen ist, kann Material der Erhebung dabei abschnittsweise in axialer Richtung in das Material des Butzens gepresst werden, so dass dieses den Butzen zwar hintergreift, aber dennoch in axialer Richtung nicht nennenswert über diesen hinaussteht.In order to avoid potentially disturbing contours, it can be provided that the slug and the formed section of the slug securing elevation terminate flush with one another on a side facing away from the head part. If a reshaping of the slug securing elevation is provided, material of the elevation can be pressed in sections in the axial direction into the material of the slug, so that this engages behind the slug but does not protrude appreciably beyond it in the axial direction.

Das Funktionselement des Zusammenbauteils kann einen Stanzabschnitt aufweisen, der als Nietabschnitt ausgebildet ist, wobei ein Abschnitt des Nietabschnitts derart umgeformt ist, dass er das Werkstück an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift. Dadurch ist die Verbindung des Funktionselements und des Werkstücks besonders zuverlässig. Es ist aber auch denkbar, dass das Zusammenbauteil ein Einpresselement und ein Werkstück umfasst, insbesondere wobei das Werkstück umgeformt ist, um eine formschlüssige Verbindung mit dem Element zu schaffen.The functional element of the assembly component can have a stamped section which is designed as a rivet section, with a section of the rivet section being shaped in such a way that it engages behind the workpiece on a side remote from the head part. As a result, the connection between the functional element and the workpiece is particularly reliable. However, it is also conceivable for the assembly component to comprise a press-in element and a workpiece, in particular the workpiece being deformed in order to create a form-fitting connection with the element.

Das Werkstück des Zusammenbauteils kann zumindest zwei Komponenten umfassen, die von dem Stanzabschnitt durchstanzt sind, wodurch diese miteinander verbunden werden. Beispielsweise ist das Werksstück zwei- oder mehrlagig und/oder umfasst im Bereich der Verbindung der Komponenten unterschiedliche Materialien.The workpiece of the assembly component may comprise at least two components which are punched through by the punching section, thereby connecting them together. For example, the workpiece has two or more layers and/or comprises different materials in the area where the components are connected.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines selbststanzenden Funktionselements gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen an einem Werkstück mit den Schritten:

  • - Bereitstellung des Werkstücks und des Funktionselements,
  • - Durchstanzen des Werkstücks mittels des Stanzabschnitts des Funktionselements und Heraustrennen eines Stanzbutzens derart, dass sich dieser in dem Hohlraum des Funktionselements befindet,
wobei der Butzen derart in Eingriff mit der Butzensicherungserhebung gebracht wird, dass der Butzen von der Butzensicherungserhebung reibschlüssig und/oder formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist.A further aspect of the present invention relates to a method for fastening a self-piercing functional element according to at least one of the embodiments described above to a workpiece with the steps:
  • - Provision of the workpiece and the functional element,
  • - Punching through the workpiece using the punching section of the functional element and cutting out a punched slug in such a way that it is located in the cavity of the functional element,
wherein the slug is brought into engagement with the slug securing ridge such that the slug is frictionally and/or positively retained in the cavity by the slug securing ridge.

Insbesondere wird der Butzen erst nach dem Durchstanzen des Werkstücks in Eingriff mit der Butzensicherungserhebung gebracht, so dass die bei dem Ineingriffbringen auftretenden Kräfte nicht dem Durchstanzen entgegenwirken, wodurch die aufzubringenden Prozesskräfte minimiert werden.In particular, the slug is brought into engagement with the slug securing elevation only after the workpiece has been punched through, so that the forces occurring during the engagement do not counteract the punching through, as a result of which the process forces to be applied are minimized.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Butzensicherungserhebung zumindest abschnittsweise derart umgeformt, dass der Butzen durch einen umgeformten Abschnitt der Butzensicherungserhebung formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist, insbesondere derart, dass der umgeformte Abschnitt den Butzen an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift.According to one embodiment of the method, the slug securing elevation is deformed at least in sections in such a way that the slug is held in a form-fitting manner in the cavity by a deformed section of the slug securing elevation, in particular such that the deformed section engages behind the slug on a side facing away from the head part.

Insbesondere wird mit diesem Verfahren ein Zusammenbauteil gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen geschaffen.In particular, this method creates an assembly according to one of the embodiments described above.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens stützt sich das Werkstück bei der Befestigung des Funktionselements auf einer Matrize ab, die einen Matrizenstempel aufweist, der in den Hohlraum des Funktionselements eingeführt wird und durch den die Butzensicherungserhebung nach dem Durchstanzen zumindest abschnittsweise umformt wird, insbesondere wobei das abschnittsweise Umformen ein zumindest teilweises Abschaben der Butzensicherungserhebung von der Innenwand des Stanzabschnitts umfasst.According to a further embodiment of the method, when the functional element is being fastened, the workpiece is supported on a die which has a die punch which is inserted into the cavity of the functional element and by means of which the slug securing elevation is formed at least in sections after the punching, in particular with the section Reshaping includes at least partially scraping the slug securing elevation from the inner wall of the stamping section.

Ein Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass der Stanzabschnitt des Funktionselements als Nietabschnitt ausgebildet ist, der durch die Matrize derart umgeformt wird, dass er das Werkstück an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift.One embodiment of the method provides that the punched section of the functional element is designed as a rivet section, which is shaped by the die in such a way that it forms the workpiece engages behind on a side facing away from the headboard.

Nachfolgend wir die vorliegende Erfindung rein bespielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese zeigen:

  • 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funktionselements,
  • 2 eine Stirnansicht des Elements gemäß 1,
  • 3 eine Schnittansicht des Elements gemäß 1,
  • 4 eine Teilschnittansicht der bei einer Befestigung des Elements gemäß 1 an einem Werkstück beteiligten Komponenten zu Beginn des Befestigungsprozesses,
  • 5 eine Schnittansicht der Komponenten gemäß 4 nach Abschluss der Befestigungsbewegung der beteiligten Komponenten,
  • 5A eine Vergrößerung eines Details der 5,
  • 6 eine Stirnansicht des erhaltenen Zusammenbauteils,
  • 7 eine Schnittansicht des Zusammenbauteils gemäß 6 und
  • 7A eine Vergrößerung eines Details der 7.
The present invention is explained below purely by way of example using advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 an embodiment of the functional element according to the invention,
  • 2 an end view of the element according to FIG 1 ,
  • 3 a sectional view of the element according to FIG 1 ,
  • 4 a partial sectional view in accordance with an attachment of the element 1 components involved in a workpiece at the beginning of the fastening process,
  • 5 a sectional view of the components according to FIG 4 after completion of the fastening movement of the components involved,
  • 5A an enlargement of a detail of the 5 ,
  • 6 an end view of the assembly component obtained,
  • 7 a sectional view of the assembly according to FIG 6 and
  • 7A an enlargement of a detail of the 7 .

1 zeigt ein selbstanzendes Element 10 mit einem Kopfteil 12, dass zum Einbringen in ein Werkstück ausgelegt ist. In der Regel ist das Werkstück ein Blechteil, insbesondere ein metallisches Blechteil. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, das Element 10 beispielsweise in ein Werkstück aus einem Verbundwerkstoff oder an einem faserverstärktes Kunststoffbauteil einzubringen. Die Form des Werkstücks ist frei wählbar. Das Element ist bevorzugt aus Metall, kann jedoch vollständig oder teilweise aus einem anderen Material gebildet sein, beispielsweise aus einem Kunststoff. 1 shows a self-piercing element 10 with a head part 12 that is designed to be introduced into a workpiece. As a rule, the workpiece is a sheet metal part, in particular a metal sheet metal part. In principle, however, it is also possible to introduce the element 10, for example, into a workpiece made of a composite material or on a fiber-reinforced plastic component. The shape of the workpiece can be freely selected. The element is preferably made of metal, but may be formed in whole or in part from another material, for example a plastic.

Wie nachfolgend gezeigt wird, dient das Element 10 im vorliegenden Beispiel zur Verbindung zweier Lagen eines Werkstücks. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Kopfteil 12 mit Funktionskomponenten versehen ist, die beispielsweise zu Befestigungszwecken dienen. Insbesondere ist der Kopfteil 12 mit einem Bolzenabschnitt versehen, der sich von einer einer Anlagefläche 14 abgewandten Seite des Kopfteils 12 erstreckt. Der Bolzenabschnitt kann ein Außengewinde aufweisen. Der Kopfteil 12 kann alternativ auch mit einer Komponente einer Rastverbindung o. ä. versehen sein. Grundsätzlich kann der Grundgedanke der Erfindung bei jedem selbststanzenden Funktionselement zum Einsatz gelangen.As will be shown below, the element 10 in the present example serves to connect two layers of a workpiece. However, it is also conceivable that the head part 12 is provided with functional components that are used, for example, for fastening purposes. In particular, the head part 12 is provided with a bolt section which extends from a side of the head part 12 which is remote from a contact surface 14 . The bolt portion may have an external thread. Alternatively, the head part 12 can also be provided with a component of a latching connection or the like. In principle, the basic idea of the invention can be used with any self-piercing functional element.

Von dem Kopfteil 12 bzw. der Anlagefläche 14 erstreckt sich ein Stanzabschnitt 16, der durch eine ringförmige Wandung 18 gebildet ist, die in Umfangsrichtung geschlossen ist. Die Wandung 18 definiert zumindest abschnittsweise einen Hohlraum 20. Der im Wesentlichen kreisförmige Kopfteil 12, die ringförmige Anlagefläche 14 und der Stanzabschnitt 16 sind koaxial zu einer Längsachse A des Elements 10 angeordnet. Abweichend von der gezeigten Ausführung können die genannten Komponenten auch nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet sein, beispielsweise oval oder polygonal.A punched section 16, which is formed by an annular wall 18 that is closed in the circumferential direction, extends from the head part 12 or the contact surface 14. The wall 18 defines a cavity 20 at least in sections. The essentially circular head part 12 , the ring-shaped contact surface 14 and the punching section 16 are arranged coaxially to a longitudinal axis A of the element 10 . Deviating from the embodiment shown, the components mentioned can also be non-rotationally symmetrical, for example oval or polygonal.

Der Stanzabschnitt 16 dient zum Durchstanzen des nicht-vorgelochten Werkstücks. Er bildet somit das zur Befestigung des Elements 10 erforderliche Loch selbst, wobei ein Butzen aus dem Werkstück herausgetrennt wird. Um den Stanzprozess zu optimieren, weist der Abschnitt 16 an seinem, dem Kopfteil 12 abgewandten freien Ende eine Stanzkante 22 auf, die wiederum eine Öffnung 24 des Hohlraums 10 definiert. Die Stanzkante 22 geht über - in axialer Richtung gesehen - gekrümmte und/oder geneigte Flächen in eine Außenwand 18a bzw. eine Innenwand 18i der Wandung 18 über.The punching section 16 serves to punch through the non-pre-punched workpiece. It thus forms the hole required for fastening the element 10 itself, with a slug being cut out of the workpiece. In order to optimize the stamping process, the section 16 has a stamping edge 22 on its free end facing away from the head part 12 , which in turn defines an opening 24 of the cavity 10 . The punching edge 22 transitions—seen in the axial direction—curved and/or inclined surfaces into an outer wall 18a or an inner wall 18i of the wall 18 .

Die gestrichelten Linien in 1 deuten Aspekte des Elements 10 an, die in der Perspektivansicht eigentlich nicht zu sehen wären. So ist zu erkennen, dass an der Innenwand 18i in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte axiale Rippen 26 angeordnet sind, die sich von dieser erheben und in radialer Richtung in den Hohlraum 20 ragen.The dashed lines in 1 indicate aspects of element 10 that would not actually be seen in the perspective view. It can thus be seen that axial ribs 26 which are distributed uniformly in the circumferential direction are arranged on the inner wall 18i, which rise from this wall and protrude into the cavity 20 in the radial direction.

2 zeigt das Element 10 in einer axialen Ansicht, wodurch die Rippen 26 an der Innenwand 18i erkennbar sind. Außerdem sind Schnittebenen S1, S2 angegeben. Die entsprechenden Schnittansichten sind in 3 gezeigt. 2 shows the element 10 in an axial view, whereby the ribs 26 on the inner wall 18i can be seen. Sectional planes S1, S2 are also indicated. The corresponding sectional views are in 3 shown.

Die linke Seite der 3 zeigt einen Schnitt durch das Element 10 in der Ebene S1, die derart angeordnet ist, dass eine axiale Rippe 26 geschnitten wird. Dadurch ist zu erkennen, dass sich die Rippe 26 in axialer Richtung von einem Bodenabschnitt 28, der den Hohlraum 20 kopfteilseitig in axialer Richtung begrenzt, bis etwa zu 33% der axialen Erstreckung des Hohlraums 20 erstreckt. Das freie Ende der Rippe 26 ist abgerundet oder abgeschrägt ausgeführt, um leichter in den herauszustanzenden Butzen eindringen zu können. Die axiale und radiale Erstreckung der Rippen 26 kann grundsätzlich frei gewählt werden. Wie aus den nachfolgenden Erläuterungen noch ersichtlich werden wird, ist ihre axiale Erstreckung aber zumindest geringfügig größer als die Dicke des Butzens bzw. die Dicke des Werkstücks im Befestigungsbereich.The left side of the 3 shows a section through the element 10 in the plane S1 arranged so that an axial rib 26 is intersected. It can thus be seen that the rib 26 extends in the axial direction from a base section 28 which delimits the cavity 20 in the axial direction on the head part side, up to approximately 33% of the axial extent of the cavity 20 . The free end of the rib 26 is rounded or chamfered in order to be able to penetrate more easily into the slug to be punched out. The axial and radial extent of the ribs 26 can in principle be freely selected. As will become clear from the following explanations, their axial extent is at least slightly greater than the thickness of the slug or the thickness of the workpiece in the fastening area.

Um den Stanzprozess zu vereinfachen, ist ein von der Stanzkante 22 ausgehender Bereich der Innenwand 18i frei von Rippen 26 oder anderen Erhebungen. Bevorzugt umfasst dieser erhebungsfreie Bereich mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 50% oder mehr als 60% der axialen Erstreckung des Hohlraums 20. Insbesondere ist die axiale Erstreckung des erhebungsfreien Bereichs 30 zumindest geringfügig größer als die Dicke des Butzens bzw. des Werkstücks, so dass das Heraustrennen des Butzens nicht durch Erhebungen behindert wird. Bevorzugt beträgt die axiale Erstreckung des erhebungsfreien Bereichs 30 mehr als 120% der Dicke des Butzens bzw. des Werkstücks.In order to simplify the punching process, there is an area starting from the punching edge 22 the inner wall 18i free of ribs 26 or other projections. This elevation-free area preferably comprises more than 20%, more than 30%, more than 50% or more than 60% of the axial extension of the cavity 20. In particular, the axial extension of the elevation-free area 30 is at least slightly larger than the thickness of the slug or of the workpiece, so that the cutting out of the slug is not hindered by elevations. The axial extent of the area 30 without elevation is preferably more than 120% of the thickness of the slug or the workpiece.

Die rechte Seite der 3 zeigt einen Schnitt, der nicht durch eine Rippe 26 geht. Beiden Schnitte ist aber zu entnehmen, dass die Außenwand 18a nicht direkt in die Anlagefläche 14 übergeht. Zwischen ihnen ist ein Übergangsabschnitt 32 vorgesehen, der im vorliegenden Beispiel gekrümmt ausgestaltet ist, wobei der Krümmungsradius im Wesentlichen konstant ist. Zudem ändert sich die Geometrie des Übergangsabschnitts 32 in Umfangsrichtung nicht. Es ist jedoch durchaus vorstellbar, dass der Übergangsabschnitt 32 - alternativ oder zusätzlich -zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse A ausgestaltet ist und/oder seine Geometrie in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung variiert. Die Geometrie des Umfangsabschnitts 32 kann ganz an die jeweils vorliegenden Anforderungen angepasst werden. Eine Variation in Umfangsrichtung kann beispielsweise zu einer Verbesserung der Verdrehsicherung des Elements 10 führen.The right side of the 3 shows a section that does not go through a rib 26. However, it can be seen from both sections that the outer wall 18a does not merge directly into the contact surface 14 . A transition section 32 is provided between them, which is curved in the present example, the radius of curvature being essentially constant. In addition, the geometry of the transition section 32 does not change in the circumferential direction. However, it is entirely conceivable that the transition section 32—alternatively or additionally—is configured at least in sections obliquely to the longitudinal axis A and/or its geometry varies in the circumferential direction and/or in the axial direction. The geometry of the peripheral section 32 can be completely adapted to the respective requirements. A variation in the circumferential direction can, for example, lead to an improvement in the anti-twist protection of the element 10 .

Ganz grundsätzlich, d. h. unabhängig von anderen Aspekten der jeweiligen Ausführungsform, können die Anlagefläche 14 und/oder die Außenwand 18a mit Erhebungen und/oder Vertiefungen (z. B. Rippen oder Nuten) versehen sein, die als Verdrehsicherungsmerkmale wirken. Beispielsweise kann die Außenwand 18a in axialer Richtung verlaufende Rippen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Anlagefläche 14 mit radialen Rippen versehen sein.Basically, i. H. Irrespective of other aspects of the respective embodiment, the contact surface 14 and/or the outer wall 18a can be provided with elevations and/or depressions (e.g. ribs or grooves) which act as anti-twist features. For example, the outer wall 18a can have ribs running in the axial direction. Additionally or alternatively, the contact surface 14 can be provided with radial ribs.

4 zeigt das Element 10, wie es in einem Setzkopf 34 einer Setzeinrichtung angeordnet ist. Mittels des Setzkopfes 34 soll das Element 10 in ein nicht-vorgelochtes Werkstück 36 eingebracht werden, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Lagen 36a und 36b aufweist. Die Setzeinrichtung umfasst ferner eine Matrize 38, die auf der dem Setzkopf 34 gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 36 angeordnet ist. Während des Befestigungsprozesses stützt sich das Werkstück 36 auf einer Auflagefläche 38a der Matrize 38 ab und der Setzkopf 34 drückt das Element 10 gegen das Werkstück 36. Dabei wirken eine Trennkante 40 eines Matrizenstempels 42 der Matrize 38 und die Stanzkante 22 des Elements 10 zusammen und trennen einen Butzen 43 (siehe 5) aus dem Werkstück 36 heraus. 4 shows the element 10 as it is arranged in a setting head 34 of a setting device. By means of the setting head 34, the element 10 is to be introduced into a non-pre-punched workpiece 36, which in the present exemplary embodiment has two layers 36a and 36b. The setting device also includes a die 38 which is arranged on the side of the workpiece 36 opposite the setting head 34 . During the fastening process, the workpiece 36 is supported on a bearing surface 38a of the die 38 and the setting head 34 presses the element 10 against the workpiece 36. A separating edge 40 of a die punch 42 of the die 38 and the punching edge 22 of the element 10 act together and separate a slug 43 (see 5 ) out of the workpiece 36.

Der Außenradius des Stempels 42 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des erhebungsfreien Bereichs 30, sodass der Stempel 42 in den Hohlraum 20 eindringen kann, wobei der herausgetrennte Butzen 43 in dessen Inneres geschoben wird.The outer radius of the ram 42 is slightly smaller than the inner diameter of the area 30 without elevation, so that the ram 42 can penetrate into the cavity 20, the slug 43 that has been severed being pushed into its interior.

Nach dem Heraustrennen des Butzens 43 wird die Wandung 18 bei einer Fortsetzung der Bewegung des Setzkopfes 34 durch einen U-förmig gekrümmten Abschnitt 44 der Matrize 38 nach radial außen umgebogen. Durch diese Umformung hintergreift der umgeformte Abschnitt des Stanzabschnitts 16 das Werkstück 36. Der Stanzabschnitt 16 hat somit auch die Funktion eines Nietabschnitts, weshalb das Element 10 auch als selbststanzendes Nietelement bezeichnet werden kann. After the slug 43 has been separated, the wall 18 is bent radially outwards by a U-shaped curved section 44 of the die 38 as the movement of the setting head 34 continues. As a result of this reshaping, the reshaped section of the punched section 16 engages behind the workpiece 36. The punched section 16 thus also has the function of a rivet section, which is why the element 10 can also be referred to as a self-piercing rivet element.

Bei dem Durchstanzen des Werkstücks 36 wird die untere Werkstücklage 36b zwischen der oberen Werkstücklage 36a und einem Einlaufradius 39 der Matrize 38 geklemmt. Wenn der Radius 39 zu klein ist, wird die Lage 36b bei dem Stanzprozess übermäßig beansprucht. Er ist daher unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Lagen 36a, 36b geeignet anzupassen.When the workpiece 36 is punched through, the lower workpiece layer 36b is clamped between the upper workpiece layer 36a and an inlet radius 39 of the die 38 . If the radius 39 is too small, the sheet 36b will be overstressed in the stamping process. It is therefore to be suitably adjusted taking into account the properties of the layers 36a, 36b.

Der vorstehend beschriebene Zustand ist in 5 gezeigt. Die Anlagefläche 14 liegt an der Lage 36a an. Zu erkennen ist ferner, dass durch die Ausgestaltung des Übergangsabschnitts 32 eine gute Anlage der nach unten umgebogenen Lochrandabschnitte des Werkstücks 36 an dem Element 10 erreicht wurde. Der Übergangsabschnitt 32 weist dabei einen etwas größeren Krümmungsradius auf als der Einlaufradius 39, um den geometrischen Verhältnissen und den Eigenschaften (z.B. Materialeigenschaften, Dicke) der Lagen 36a, 36b Rechnung zu tragen.The condition described above is in 5 shown. The contact surface 14 rests against the layer 36a. It can also be seen that the design of the transition section 32 has resulted in good contact between the hole edge sections of the workpiece 36 bent downwards and the element 10 . The transition section 32 has a somewhat larger radius of curvature than the inlet radius 39 in order to take account of the geometric relationships and the properties (eg material properties, thickness) of the layers 36a, 36b.

Bei dem Einbringen des Elements 10 wird - wie vorstehend beschrieben - der Butzen 43 in den Hohlraum geschoben. Sobald der Butzen 43 in den Bereich des Hohlraums 20 gelangt, der mit den axialen Rippen 26 versehen ist, graben sich diese in die Außenseite des Butzens 43. Da die axialen Rippen 26 in axialer Richtung länger sind als die Dicke des Butzens 43, treten die freien Enden der Rippen 26 zu einem bestimmten Zeitpunkt aus der dem Matrizenstempel 42 zugewandten Seite des Butzens 43 aus.When inserting the element 10 - as described above - the slug 43 is pushed into the cavity. As soon as the slug 43 enters the area of the cavity 20 which is provided with the axial ribs 26, these dig into the outside of the slug 43. Since the axial ribs 26 are longer in the axial direction than the thickness of the slug 43, the free ends of the ribs 26 at a certain point in time from the side of the slug 43 facing the die punch 42 .

Sie geraten dann in Kontakt mit dem Stempel 42, dessen Außenradius nur geringfügig kleiner als der Innenradius des Hohlraums 20 ist. Folglich werden die Rippen 26 durch die Wirkung des Stempels 42 von der Innenwand 18i abgeschabt und in die Lage 36b des Werkstücks 36 gepresst, wie auch der 5A gut zu entnehmen ist, die eine Vergrößerung des mit einem gestrichelten Kreis markierten Teils der 5 ist. Dabei entsteht ein Hinterschnitt H, der den Butzen 43 zuverlässig in dem Hohlraum 20 sichert.They then come into contact with the plunger 42, the outer radius of which is only slightly smaller than the inner radius of the cavity 20. Consequently, the ribs 26 are scraped from the inner wall 18i and pressed into the layer 36b of the workpiece 36 by the action of the punch 42, as well the 5A It is easy to see that an enlargement of the part of the diagram marked with a dashed circle 5 is. This creates an undercut H, which reliably secures the slug 43 in the cavity 20 .

Dieser Prozess dauert an, bis die Setzeinrichtung geschlossen ist. Bei einer geeigneten Ausgestaltung des Stempels 42 schlägt dann der Butzen an dem Bodenabschnitt 28 an. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Bodenabschnitt 28 einen leicht konisch ausgebildeten Abschnitt 28k und eine zentrale zylindrische Vertiefung 28z.This process continues until the jig is closed. With a suitable configuration of the plunger 42 the slug then strikes the base section 28 . In the present example, the bottom section 28 comprises a slightly conical section 28k and a central cylindrical depression 28z.

Das erhaltene Zusammenbauteil Z ist in den 6, 7 und 7A (Teilvergrößerung der 7) gezeigt. 6 zeigt eine axiale Ansicht von unten, sodass die in die Lage 36b des Butzens 43 gedrückten Hinterschnitte H zu erkennen sind, die durch die abgeschabten Abschnitte der Rippen 26 gebildet wurden. 7 zeigt Schnitte durch das Zusammenbauteil Z entlang der Schnittebenen S1a, S2a (siehe 6).The assembly component Z obtained is in the 6 , 7 and 7A (Partial enlargement of 7 ) shown. 6 shows an axial view from below so that the undercuts H pressed into the layer 36b of the slug 43 can be seen, which were formed by the scraped portions of the ribs 26. 7 shows sections through the assembly component Z along the cutting planes S1a, S2a (see 6 ).

Abweichend von der vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann auch auf ein Umformen der axialen Rippen 26 verzichtet werden. Der Butzen 43 wird dann nur reibschlüssig in dem Hohlraum gehalten. Der Reibschluss zwischen der Innenwand 18i und der radialen Außenseite des Butzens 43 wird durch das Zusammenwirken der Rippen 26 mit dem Butzen 43 verstärkt.Deviating from the embodiment of the invention described above by way of example, it is also possible to dispense with a reshaping of the axial ribs 26 . The slug 43 is then held in the cavity only by friction. The frictional connection between the inner wall 18i and the radial outside of the slug 43 is reinforced by the interaction of the ribs 26 with the slug 43 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
Funktionselementfunctional element
1212
Kopfteilheadboard
1414
Anlageflächecontact surface
1616
Stanzabschnittpunching section
1818
Wandungwall
18a18a
Außenwandouter wall
18i18i
Innenwandinner wall
2020
Hohlraumcavity
2222
Stanzkantepunching edge
2424
Öffnungopening
2626
axiale Rippeaxial rib
2828
Bodenabschnittbottom section
28k28k
konischer Abschnittconical section
28z28z
zylindrische Vertiefungcylindrical depression
3030
erhebungsfreier Bereichsurvey-free area
3232
Übergangsabschnitttransition section
3434
Setzkopfsetting head
3636
Werkstückworkpiece
36a, 36b36a, 36b
Werkstücklageworkpiece position
3838
Matrizedie
38a38a
Auflageflächebearing surface
3939
Einlaufradiusinlet radius
4040
Trennkanteseparation edge
4242
Matrizenstempeldie punch
4343
Butzenhickeys
4444
gekrümmter Matrizenabschnitt curved die section
AA
Längsachselongitudinal axis
S1, S2, S1a, S2aS1, S2, S1a, S2a
Schnittebenecutting plane
HH
Hinterschnittundercut
ZZ
Zusammenbauteilassembly part

Claims (19)

Selbststanzendes Funktionselement, das zum Einstanzen in ein Werkstück (36), insbesondere in ein Blechteil, ausgelegt ist, umfassend - ein einen Flansch bildenden Kopfteil (12) mit einer Anlagefläche (14) zur Anlage an dem Werkstück und - einen sich von dem Kopfteil, insbesondere von der Anlagefläche, weg erstreckenden Stanzabschnitt (16) , der insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse (A) des Funktionselements angeordnet ist, wobei der Stanzabschnitt an seinem freien Ende eine umlaufende Stanzkante (22) zum Durchstanzen des Werkstücks aufweist und einen Hohlraum (20) in Umfangsrichtung umgibt, der eine durch die Stanzkante definierte Öffnung (24) aufweist, und wobei eine dem Hohlraum zugewandte Innenwand (18i) des Stanzabschnitts zumindest eine nach radial innen in den Hohlraum ragende Butzensicherungserhebung (26) aufweist, insbesondere wobei die Erhebung die Form einer in axialer Richtung verlaufenden Rippe aufweist.Self-punching functional element, which is designed for punching into a workpiece (36), in particular into a sheet metal part, comprising - A head part (12) forming a flange with a contact surface (14) for contact with the workpiece and - a punching section (16) extending away from the head part, in particular from the contact surface, which is arranged in particular coaxially to a central longitudinal axis (A) of the functional element, the punching section having a peripheral punching edge (22) at its free end for punching through the workpiece and circumferentially surrounding a cavity (20) having an opening (24) defined by the punching edge, and an inner wall (18i) of the punched section facing the cavity having at least one slug securing elevation (26) projecting radially inwards into the cavity, in particular the elevation having the form of a rib running in the axial direction. Selbststanzendes Funktionselement nach Anspruch 1, wobei der Stanzabschnitt als ein zur Herstellung eines Formschlusses mit dem Werkstück umformbarer Nietabschnitt ausgestaltet ist.Self-piercing functional element claim 1 , wherein the stamping section is configured as a rivet section that can be deformed to produce a form fit with the workpiece. Selbststanzendes Funktionselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anlagefläche in einer axialen Stirnansicht den Stanzabschnitt in Umfangsrichtung umgibt, insbesondere wobei die Anlagefläche ringförmig ausgestaltet ist.Self-piercing functional element claim 1 or 2 , wherein the contact surface surrounds the punching section in the circumferential direction in an axial end view, in particular wherein the contact surface is configured annularly. Selbststanzendes Funktionselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Anlagefläche und ein Außenwandabschnitt (18a) des Stanzabschnitts, der parallel zu der Längsachse angeordnet ist, über einen Übergangsabschnitt (32) miteinander in Verbindung stehen, wobei der Übergangsabschnitt zumindest abschnittsweise gekrümmt und/oder schräg zu der Längsachse ausgebildet und angeordnet ist.Self-piercing functional element claim 1 , 2 or 3 , wherein the contact surface and an outer wall section (18a) of the punched section, which is arranged parallel to the longitudinal axis, are connected to one another via a transition section (32), the transition section being curved at least in sections and/or being designed and arranged at an angle to the longitudinal axis. Selbststanzendes Funktionselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anlagefläche, der Übergangsabschnitt und/oder der Außenwandabschnitt mit zumindest einem Verdrehsicherungsmerkmal versehen ist, insbesondere wobei das Verdrehsicherungsmerkmal eine Erhebung oder eine Vertiefung umfasst.Self-punching functional element according to one of the preceding claims, wherein the contact surface, the transition section and/or the outer wall section is provided with at least one anti-rotation feature, in particular wherein the anti-rotation feature comprises an elevation or a depression. Selbststanzendes Funktionselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Butzensicherungserhebung in einem axialen Endbereich des Hohlraums angeordnet ist, der der Öffnung des Hohlraums abgewandt ist, insbesondere wobei der Endbereich weniger als 50%, bevorzugt weniger als 40% einer axialen Erstreckung des Hohlraums umfasst.Self-punching functional element according to one of the preceding claims, wherein the slug securing elevation is arranged in an axial end region of the cavity which faces away from the opening of the cavity, in particular wherein the end region comprises less than 50%, preferably less than 40%, of an axial extension of the cavity. Selbststanzendes Funktionselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum in axialer Richtung an einer der Öffnung abgewandten Seite durch einen Endabschnitt (28) begrenzt ist, der eine gestufte Vertiefung (28z) aufweist.Self-piercing functional element according to one of the preceding claims, in which the cavity is delimited in the axial direction on a side facing away from the opening by an end section (28) which has a stepped depression (28z). Selbststanzendes Funktionselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Funktionselement ein Bolzenelement ist, das einen sich auf der dem Stanzabschnitt abgewandten Seite von dem Kopfteil erstreckenden Bolzenabschnitt aufweist, insbesondere wobei der Bolzenabschnitt zumindest abschnittweise mit einem Außengewinde versehen ist.Self-punching functional element according to one of the preceding claims, wherein the functional element is a bolt element which has a bolt section extending from the head part on the side facing away from the punching section, in particular the bolt section being provided with an external thread at least in sections. Zusammenbauteil umfassend ein Funktionselement nach einem der vorstehenden Ansprüche und ein Werkstück, insbesondere zumindest ein Blechteil, wobei ein durch den Stanzabschnitt ausgestanzter Butzen (43) in dem Hohlraum angeordnet ist, der von der Butzensicherungserhebung reibschlüssig und/oder formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist.Assembly component comprising a functional element according to one of the preceding claims and a workpiece, in particular at least one sheet metal part, wherein a slug (43) punched out by the punching section is arranged in the cavity, which is held in the cavity by the slug securing elevation with a friction fit and/or a form fit. Zusammenbauteil nach Anspruch 9, wobei der Butzen von einem umgeformten Abschnitt (H) der Butzensicherungserhebung formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist, insbesondere wobei der umgeformte Abschnitt den Butzen an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift.assembly component claim 9 , wherein the slug is held positively in the cavity by a formed section (H) of the slug securing elevation, in particular wherein the formed section engages behind the slug on a side facing away from the head part. Zusammenbauteil nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Butzen in einem der Butzensicherungserhebung benachbarten Bereich umgeformt ist, insbesondere in radialer Richtung.assembly component claim 9 or 10 , wherein the slug is deformed in a region adjacent to the slug securing elevation, in particular in the radial direction. Zusammenbauteil nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei der Butzen und der umgeformte Abschnitt der Butzensicherungserhebung an einer dem Kopfteil abgewandten Seite bündig miteinander abschließen.assembly component claim 9 , 10 or 11 , wherein the slug and the formed section of the slug securing elevation terminate flush with one another on a side facing away from the head part. Zusammenbauteil nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein der Stanzabschnitt als Nietabschnitt ausgebildet ist und ein Abschnitt des Nietabschnitts derart umgeformt ist, dass er das Werkstück an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift.Assembly according to at least one of claims 9 until 12 , wherein one of the punching section is designed as a rivet section and a section of the rivet section is deformed in such a way that it engages behind the workpiece on a side facing away from the head part. Zusammenbauteil nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Werkstück zumindest zwei Komponenten (36a, 36b), insbesondere zumindest zwei Lagen, umfasst, die von dem Stanzabschnitt durchstanzt sind.Assembly according to at least one of claims 9 until 13 , wherein the workpiece comprises at least two components (36a, 36b), in particular at least two layers, which are punched through by the punching section. Verfahren zur Befestigung eines selbststanzenden Funktionselements gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 an einem Werkstück mit den Schritten: - Bereitstellung des Werkstücks und des Funktionselements, - Durchstanzen des Werkstücks mittels des Stanzabschnitts des Funktionselements und Heraustrennen eines Stanzbutzens derart, dass sich dieser in dem Hohlraum des Funktionselements befindet, wobei der Butzen derart in Eingriff mit der Butzensicherungserhebung gebracht wird, dass der Butzen von der Butzensicherungserhebung reibschlüssig und/oder formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist.Method for fastening a self-piercing functional element according to at least one of Claims 1 until 8th on a workpiece with the steps: - providing the workpiece and the functional element, - punching through the workpiece using the punching section of the functional element and cutting out a punched slug in such a way that it is located in the cavity of the functional element, the slug being brought into engagement with the slug securing elevation in this way is that the slug is held by the slug securing elevation in a frictional and/or positive manner in the cavity. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Butzen nach dem Durchstanzen des Werkstücks in Eingriff mit der Butzensicherungserhebung gebracht wird.procedure after claim 15 wherein the slug is brought into engagement with the slug locking boss after punching through the workpiece. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Butzensicherungserhebung zumindest abschnittsweise derart umgeformt wird, dass der Butzen durch einen umgeformten Abschnitt der Butzensicherungserhebung formschlüssig in dem Hohlraum gehalten ist, insbesondere wobei der umgeformte Abschnitt den Butzen an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift.procedure after claim 15 or 16 wherein the slug securing elevation is formed at least in sections such that the slug is held in a form-fitting manner in the cavity by a formed section of the slug securing elevation, in particular the formed section engages behind the slug on a side facing away from the head part. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei sich das Werkstück bei der Befestigung des Funktionselements auf einer Matrize (38) abstützt, die einen Matrizenstempel (42) aufweist, der in den Hohlraum des Funktionselements eingeführt wird und durch den die Butzensicherungserhebung nach dem Durchstanzen zumindest abschnittsweise umformt wird, insbesondere wobei das abschnittsweise Umformen ein zumindest teilweises Abschaben der Butzensicherungserhebung umfasst.procedure according to Claim 17 , wherein the workpiece is supported during the attachment of the functional element on a die (38) having a die stamp (42) which is inserted into the cavity of the functional element and through which the slug securing survey after Punching is at least partially formed, in particular wherein the sectional forming includes an at least partial scraping of the slug securing survey. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Stanzabschnitt des Funktionselements als Nietabschnitt ausgebildet ist, der durch die Matrize, derart umgeformt wird, dass er das Werkstück an einer dem Kopfteil abgewandten Seite hintergreift.Method according to at least one of Claims 15 until 18 , wherein the punched section of the functional element is designed as a rivet section, which is formed by the die in such a way that it engages behind the workpiece on a side facing away from the head part.
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