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,
- - 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,
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 gemäß1 , -
3 eine Schnittansicht des Elements gemäß1 , -
4 eine Teilschnittansicht der bei einer Befestigung des Elements gemäß1 an einem Werkstück beteiligten Komponenten zu Beginn des Befestigungsprozesses, -
5 eine Schnittansicht der Komponenten gemäß4 nach Abschluss der Befestigungsbewegung der beteiligten Komponenten, -
5A eine Vergrößerung eines Details der5 , -
6 eine Stirnansicht des erhaltenen Zusammenbauteils, -
7 eine Schnittansicht des Zusammenbauteils gemäß6 und -
7A eine Vergrößerung eines Details der7 .
-
1 an embodiment of the functional element according to the invention, -
2 an end view of the element according to FIG1 , -
3 a sectional view of the element according to FIG1 , -
4 a partial sectional view in accordance with an attachment of theelement 1 components involved in a workpiece at the beginning of the fastening process, -
5 a sectional view of the components according to FIG4 after completion of the fastening movement of the components involved, -
5A an enlargement of a detail of the5 , -
6 an end view of the assembly component obtained, -
7 a sectional view of the assembly according to FIG6 and -
7A an enlargement of a detail of the7 .
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
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
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
Die gestrichelten Linien in
Die linke Seite der
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
Die rechte Seite der
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
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
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
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
Der vorstehend beschriebene Zustand ist in
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
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
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
Das erhaltene Zusammenbauteil Z ist in den
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
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)
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DE102016119478A1 (en) | 2016-10-12 | 2018-04-12 | Profil Verbindungstechnik Gmbh & Co. Kg | A rivet and an assembly part consisting of a rivet and a sheet metal part |
-
2020
- 2020-07-10 DE DE102020118262.7A patent/DE102020118262A1/en active Pending
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Legal Events
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