DE19949161A1

DE19949161A1 - Befestigungsanordnung zum Befestigen eines Nietelementes an einem plattenförmigen Bauteil

Info

Publication number: DE19949161A1
Application number: DE1999149161
Authority: DE
Inventors: Thomas Hollerung
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: DE19949161B4

Abstract

Beschrieben wird eine Befestigungsanordnung zum Befestigen eines Nietelementes an einem plattenförmigen Bauteil, insbesondere einem sehr dünnen Blech aus Stahl oder Aluminium. Das Nietelement ist mit einem Funktionsansatz in Form eines Gewindebolzens, T-Bolzens oder dergleichen versehen. Das Nietelement besteht aus einem stummelförmigen Fügeabschnitt und einem Bundabschnitt, der zwischen dem Fügeabschnitt und dem Funktionsansatz angeordnet ist. Der Fügeabschnitt ist an seinem Umfang mit einer Hinterschneidung versehen, in die beim Setzvorgang Material des plattenförmigen Bauteiles einfließt, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Nietelement und dem plattenförmigen Bauteil entsteht. Das bei dem Setzvorgang unverformt bleibende Nietelement schneidet hierbei nicht in das Material des plattenförmigen Bauteils ein, so daß auch bei extrem geringer Dicke des plattenförmigen Bauteils eine sichere Befestigung des Nietelementes sichergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zum Befesti gen eines mit einem Funktionsansatz versehenen Nietelementes an einem platten förmigen Bauteil, insbesondere einem einlagigen, sehr dünnen Blech, sowie ein Nietelement, eine Matrize, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Be festigungsanordnung.

Nicht selten ist es erforderlich, Befestigungselemente in Form von Gewinde bolzen, T-förmigen Bolzen und dergleichen an einem Blech anzubringen. Bekannt sind sogenannte Schweißbolzen, die mit ihrem Kopf am Blech angeschweißt wer den. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen mit einem entsprechenden Funk tionsansatz versehenen Niet mit dem Blech zu vernieten. Hier kommen sogenannte Stanznieten in Frage, die beim Fügevorgang das Blech durchstanzen bzw. in das Blechmaterial einschneiden und zu einem Schließkopf umgeformt werden.

Diese Befestigungsmöglichkeiten haben sich in der Praxis bewährt. Handelt es sich jedoch bei dem plattenförmigen Material um sehr dünne Bleche (beispiels weise 0,7 bis 0,8 mm bei Stahlblech und 0,8 bis 1,0 mm bei Aluminiumblech), so stoßen die geschilderten Befestigungsmöglichkeiten an ihre Grenzen. Im Falle von Stanznieten beispielsweise verbleibt nach dem Einschneiden des Stanznietes in das Blech nicht genügend Material am Schließkopf, um einen sicheren Halt des Niets im Blech zu gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungs anordnung zum Befestigen eines mit einem Funktionsansatz versehenen Nietele mentes an einem plattenförmigen Bauteil zu schaffen, die selbst bei extrem geringer Dicke des plattenförmigen Bauteils einen sicheren Halt des Nietelementes gewähr leistet. Ferner sollen durch die Erfindung ein Nietelement, eine Matrize sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Befestigungsanordnung angegeben wer den.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Befestigungsanordnung, bei der das plat tenförmige Bauteil aus einem kalt umformbaren Material und das Nietelement aus einem härteren Material besteht, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Nietelement einen stummelförmigen Fügeabschnitt und einen Bundabschnitt auf weist, der zwischen dem Funktionsansatz und dem Fügeabschnitt angeordnet ist, und daß der Fügeabschnitt mit einer Hinterschneidung versehen und so ausgebildet ist, daß bei einem Setzvorgang, bei dem das Nietelement axial in das plattenförmige Bauteil eingepreßt wird, der unverformt bleibende Fügeabschnitt das umgebende Material des plattenförmigen Bauteils, ohne in es einzuschneiden, so verdrängt und verformt, daß Material des plattenförmigen Bauteils in die Hinterschneidung des Fügeabschnittes einfließt, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Niet element und dem plattenförmigen Bauteil herzustellen.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Befestigungsanordnung schneidet somit das Nietelement, das bei dem Setzvorgang selbst unverformt bleibt, nicht in das Material des plattenförmigen Bauteiles ein; vielmehr kommt es lediglich zu ei ner Verdrängung und Umformung des Materials des plattenförmigen Bauteils, das teilweise in die Hinterschneidung des Fügeabschnittes einfließt. Es ist daher an allen Stellen der formschlüssigen Verbindung ausreichend Material des plattenförmigen Bauteiles vorhanden, um einen sicheren Halt des Nietelementes im plattenförmigen Bauteil zu gewährleisten, selbst wenn das plattenförmige Bauteil eine extrem ge ringe Dicke hat. Die Befestigungsanordnung ist dadurch gegen ein Ausknicken und eine Kopfzugbeanspruchung des Nietelementes gesichert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Nietelement von dem ihn nahezu gleichmäßig um gebenden Material des plattenförmigen Bauteils eingeschlossen bleibt, so daß die formschlüssige Verbindung gegen äußere Einflüsse und insbesondere gegen Korro sion geschützt ist. Da das Nietelement während des Setzvorganges nicht an der Ver formung teilnimmt kann das Nietelement aus den unterschiedlichsten Materialien wie z. B. Edelstahl, Messing, hochfesten Aluminiumlegierungen und dergleichen hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Nietelement, eine Matrize sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Verbindungsanordnung, deren Merkmale in den Patentansprüchen definiert sind.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein plattenförmiges Bauteil und ein daran zu befestigendes Nietele ment mit Gewindebolzen vor dem Setzvorgang;

Fig. 2 die Befestigungsanordnung des Nietelementes an dem plattenförmigen Bauteil mit einer Matrize nach dem Setzvorgang.

In Fig. 1 ist ein plattenförmiges Bauteil 2 dargestellt, bei dem es sich um ein einlagiges, sehr dünnes Blech, beispielsweise ein Stahlblech einer Dicke von ca. 0,7 bis 0,8 mm oder ein Aluminiumblech einer Dicke von ca. 0,8 bis 1,0 mm, handelt.

An dem plattenförmigen Bauteil 2 ist ein Nietelement 4 zu befestigen, das mit einem Funktionsansatz 6 versehen ist. Der Funktionsansatz 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gewindebolzen, dessen Gewinde als metrisches Gewinde oder als Grobgewinde ausgebildet sein kann und der beispielsweise als "Massebol zen" für elektrische Schaltungen verwendbar ist. Es versteht sich jedoch, daß der Funktionsansatz 6 auch von einem anderen Element gebildet werden kann, beispielsweise einem T-Bolzen zum Aufschieben von Zierleisten und dergl.

Das eigentliche Nietelement 4 besteht aus einem stummelförmigen Fügeab schnitt 8 und einem Bundabschnitt 10, die einstückig mit dem Funktionsansatz 6 ausgebildet sind, wobei der Bundabschnitt 10 zwischen den Funktionsansatz 6 und dem Fügeabschnitt 8 angeordnet ist. Der Fügeabschnitt 8 und der Bundabschnitt 10 sind rotationssymmetrisch zur Längsachse des Funktionsansatzes 6 (Gewindebol zens).

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist der Fügeabschnitt 8 mit einer konischen Ober fläche 12 versehen, deren konische Verjüngung eine am Bundabschnitt 10 angren zende Hinterschneidung 11 bildet. Der als Massivteil ausgebildete Fügeabschnitt 8 besitzt ferner an seinem vom Bundabschnitt 10 abgewandten Ende eine plane Stirn fläche 16, wobei zwischen der konischen Oberfläche 12 und der planen Stirnfläche 16 eine zylindrische Fläche 14 geringer axialer Länge angeordnet ist. Die zylindri sche Fläche 14 ist nicht unbedingt erforderlich; so könnte die plane Stirnfläche 16 auch unmittelbar an der konischen Fläche 12 angrenzen.

Um das Nietelement 4 an dem plattenförmigen Bauteil 2 zu befestigen, wird, wie in Fig. 2 dargestellt, das plattenförmige Bauteil 2 an der Unterseite durch eine Matrize 20 abgestützt. Die Matrize 20 ist mit einer Formausnehmung 22 versehen, die aus zwei zylindrischen Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers besteht, so daß in der Formausnehmung 22 eine Abstufung 24 vorhanden ist.

Die Verbindung zwischen dem Nietelement 4 und dem plattenförmigen Bauteil 2 erfolgt durch einen Setzvorgang, bei dem das Nietelement 4 durch einen Stempel (nicht gezeigt) in axialer Richtung in die Oberseite des plattenförmigen Bauteils 2 eingedrückt wird. Hierbei verdrängen der stummelförmige Fügeabschnitt 8 und der Bundabschnitt 10 das umgebende Material des plattenförmigen Bauteils 2 in die Formausnehmung 22 der Matrize 20, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Hierbei fließt Material des plattenförmigen Bauteils 2 in die von der konischen Oberfläche 12 gebildete Hinterschneidung 11, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Nietelement 4 und dem plattenförmigen Bauteil 2 entsteht.

Der Bundabschnitt 10 ist an seiner Unterseite mit einer Schulterfläche 18 versehen, die beim Setzvorgang an der Oberfläche des plattenförmigen Bauteils 2 anschlägt und sich, wie in Fig. 2 dargestellt, geringfügig in das plattenförmige Bau teil 2 eingräbt. Zweckmäßigerweise ist die Schulterfläche 18 mit einer Rändelung versehen, die eine Drehsicherung für das Nietelement 4 im plattenförmigen Bauteil 2 bildet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bleibt das Nietelement 4 beim Setzvorgang unver formt. Der Fügeabschnitt 8 und ein Teil des Bundabschnittes 10 dringen zwar in das plattenförmige Bauteil 2 ein, ohne jedoch in das Material einzuschneiden oder es gar zu durchstanzen. Vielmehr kommt es lediglich zu einer Verdrängung und Um formung des Materials des Bauteiles 2, so daß ein "Restboden" von nahezu gleich förmiger Dicke um den Fügeabschnitt 8 herum verbleibt, der für einen sicheren Halt des Nietelementes 4 im plattenförmigen Bauteil 2 sorgt.

Es versteht sich, daß das plattenförmige Bauteil 2 aus einem kaltumformba ren Werkstoff und das Nietelement 4 aus einem härteren Material, das den Setzvor gang ohne Verformung übersteht, besteht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die konische Umfangsfläche 12 einen Konuswinkel von 60°; sie schließt also mit der Längsachse des Nietele mentes 4 einen Winkel von 30° ein. Selbstverständlich sind auch andere Konuswin kel möglich, wobei der Konuswinkel vorzugsweise zwischen 45° und 75° liegt. Der Fügeabschnitt 8 hat einen maximalen Außendurchmesser von 3,2 mm und eine axiale Länge von 0,8 mm, während der Bundabschnitt 10 einen Außendurchmesser von 5,7 mm hat. Bevorzugte Bereiche für den Außendurchmesser und die axiale Länge des Fügeabschnittes 8 sowie den Außendurchmesser des Bundabschnittes 10 sind 3 bis 5 mm, 0,75 bis 1,25 mm bzw. 5 bis 9 mm.

Claims

1. Befestigungsanordnung zum Befestigen eines mit einem Funktionsansatz (6) versehenen Nietelementes (4) an einem plattenförmigen Bauteil (2), von denen das plattenförmige Bauteil (2) aus einem kaltumformbaren Material und das Niet element (4) aus einem härteren Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Nietelement (4) einen stummelförmigen Fügeabschnitt (8) und einen Bundabschnitt (10) aufweist, der zwischen dem Funktionsansatz (6) und dem Fügeabschnitt (8) an geordnet ist, und daß der Fügeabschnitt (8) mit einer Hinterschneidung (11) verse hen und so ausgebildet ist, daß bei einem Setzvorgang, bei dem das Nietelement axial in das plattenförmige Bauteil (2) eingepreßt wird, der unverformt bleibende Fügeabschnitt (8) das umgebende Material des plattenförmigen Bauteils (2), ohne in es einzuschneiden, so verdrängt und verformt, daß Material des plattenförmigen Bauteils (2) in die Hinterschneidung (11) des Fügeabschnittes (8) einfließt, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Nietelement (4) und dem plattenförmi gen Bauteil (2) herzustellen.

2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Bauteil (2) ein Stahlblech einer Dicke von ca. 0,7 bis 0,8 mm oder ein Aluminiumblech einer Dicke von ca. 0,8 bis 1,0 mm ist.

3. Nietelement zum Herstellen einer Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Funktionsansatz (6) versehene Nietelement (4) einen stummelförmigen Fügeabschnitt (8) und einen daran ange formten Bundabschnitt (10) aufweist, der zwischen dem Fügeabschnitt (8) und dem Funktionsansatz (6) angeordnet ist, und daß der Fügeabschnitt (8) mit einer an dem Bundabschnitt (10) angrenzenden Hinterschneidung (11) versehen ist.

4. Nietelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügeab schnitt (8) als Massivteil ausgebildet ist.

5. Nietelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügeabschnitt (8) und der Bundabschnitt (10) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

6. Nietelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügeabschnitt (8) eine konusförmige Umfangsfläche (12) hat, deren koni sche Verjüngung die Hinterschneidung (11) bildet.

7. Nietelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus winkel der konusförmigen Umfangsfläche (12) 45° bis 75°, insbesondere 60° be trägt.

8. Nietelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügeabschnitt (8) einen maximalen Durchmesser von 3 bis 5 mm und eine axiale Länge von 0,75 bis 1,25 mm hat.

9. Nietelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bundabschnitt (10) einen Durchmesser von 5 bis 9 mm hat.

10. Nietelement nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügeabschnitt (8) eine vom Bundabschnitt (10) abgewandte plane Stirnflä che (16) hat.

11. Nietelement nach den Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der planen Stirnfläche (16) und der konusförmigen Umfangsfläche (12) des Fügeabschnittes (8) eine zylindrische Umfangsfläche (14) geringer axialer Länge vorgesehen ist.

12. Nietelement nach den Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Stirnfläche (16) unmittelbar an der konischen Umfangsfläche (12) des Fügeabschnittes (8) angrenzt.

13. Nietelement nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeich net, daß der Bundabschnitt (10) eine am Fügeabschnitt (8) angrenzende Schulterflä che (18) hat, die beim Setzvorgang an das plattenförmige Bauteil (2) anschlägt und gegebenenfalls in dessen Material geringfügig eindringt.

14. Nietelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterfläche (18) des Bundabschnittes (10) eine Rändelung als Drehsicherung für das Nietelement (4) aufweist.

15. Nietelement nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeich net, daß der Funktionsansatz (6) als Gewindebolzen, T-Bolzen oder ähnlicher Bol zen ausgebildet ist.

16. Matrize zum Herstellen einer Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (20) eine Formausnehmung (22) aufweist, deren Geometrie der Außenform des vom Nietelement (4) verdrängten Materials des plattenförmigen Bauteils (2) entspricht.

17. Matrize nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Formaus nehmung (22) der Matrize (20) eine Abstufung (24) hat, die das Einfließen von Material des plattenförmigen Bauteils (2) in die Hinterschneidung (11) des Fügeab schnittes (8) begünstigt.

18. Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das plattenförmige Bauteil (2) an seiner Unterseite durch eine Ma trize nach Anspruch 16 oder 17 abgestützt und das Nietelement (4) durch eine axiale Stempelkraft in das plattenförmige Bauteil (2) so eingepreßt wird, daß der Fügeab schnitt (8) des Nietelementes (4) das umgebende Material des plattenförmigen Bauteils (2) in die Formausnehmung (22) der Matrize (20) verdrängt und hierbei so verformt, daß Material des plattenförmigen Bauteils (2) in die Hinterschneidung (11) des Fügeabschnittes (8) einfließt, um eine formschlüssige Verbindung zwi schen dem Nietelement (4) und dem plattenförmigen Bauteil (2) herzustellen.

19. Verfahren nach Anspruch 18 unter Verwendung einer Matrize nach An spruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Setzvorgang auch der Bundab schnitt (10) des Nietelementes (4) in das Material des plattenförmigen Bauteils (2) eingedrückt wird.