DE19954912C2

DE19954912C2 - Vorrichtung aus Platte und Bolzen

Info

Publication number: DE19954912C2
Application number: DE1999154912
Authority: DE
Inventors: William F Hartery
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: GB2345326A; CA2287668A1; DE19954912A1; GB9930201D0; GB2345326B; JP2000230531A

Abstract

Eine Vorrichtung Platte und Bolzen zur Sicherung eines Fahrzeugstoßdämpfers an seinem Rahmen. Die Metallplatte weist zwei vorstehende, mit einem Kragen versehene Öffnungen auf, die die hexagonalen Köpfe von Bolzen aufnehmen. Die Bolzenköpfe werden anschließend mit einem runden Werkzeug umgeprägt, um das Metall des Bolzens mit dem der Platte zu verbinden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Bolzen-Vorrichtungen, wie sie bei der Automobilherstellung, beispielsweise bei der Befestigung eines Fahrzeugstoß dämpfers an Fahrzeugkarosserie oder -rahmen, verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Eine bekannte Bolzen-Vorrichtung 300, die in der Automobilindustrie eingesetzt wird, ist in Fig. 10 gezeigt. Diese Vorrichtung besitzt zwei Bolzen 302 mit sternförmigen Bolzenköpfen 304 (am besten ersichtlich in Fig. 11), die in einen Kunststoffträger 306 gegossen sind, der die Bolzen 304 in ungefähr paralleler Stellung in einem festen Ab stand voneinander hält. In der Praxis wird jedoch die Stellung der Bolzen nicht beibehalten, es treten Abweichungen bei der Produktherstellung auf, die zu Bolzenpositio nen führen, in denen die Entfernung zwischen den Bolzenmittelpunkten nicht überein stimmt, auch kann die Orientierung der Bolzen falsch sein, d. h. der Bolzen kann nicht genau senkrecht auf dem Kunststoffträger stehen, entweder durch die geringe Elasti zität des Kunststoffträgers und/oder den Herstellungsprozeß. Diese bekannten Bol zenanordnungen haben ebenfalls einen Kostennachteil. Obwohl das Kunststoffmate rial relativ billig ist, machen die ungewöhnlichen Bolzen mit sternförmigem Kopf, welcher benötigt wird, um eine ausreichend hohe Verbindungsstärke zwischen Bolzen und Träger, in welchen er eingegossen ist, herzustellen, diese teurer als herkömmliche Bolzen mit hexagonalem Kopf. Üblicherweise besteht für eine Zweibol zenvorrichtung, die für eine Automobilanwendung, wie beispielsweise dem Befesti gen eines Fahrzeugstoßdämpfers an Fahrzeugrahmen oder Karosserie, vorgesehen ist, eine bestimmte Mindestanforderung von 220 Newton (ungefähr 50 lbf) für die Aus ziehkraft (d. h., der Bolzen soll in dem Kunststoffträger bis zu einer Kraft von minde stens 220 Newton gehalten werden) und eine Anforderung von 75 Nm (ungefähr 55 ft-lbs.) für eine minimale Ausdrehkraft (d. h., der Bolzen soll sich bei einem an den Bolzen angelegten Drehmoment bis zu einer Kraftstärke von mindestens 55 ft-lbs. nicht drehen)

Aus DE 30 36 702 A1 ist ein Verfahren zum Befestigen eines gehärteten Lagerbolzens in einem ungehärteten, flächigen Metallteil bekannt. Der Lagerbolzen wird in das dünnwandige Metallteil eingetrieben, wobei der Lagerbolzen auf der Unterseite des Metallteils eine Düse herausdrückt, in welcher er festsitzt. Der Lagerbolzen besitzt an seinem Befestigungsende eine Umfangsnut.

Aus US 2 013 713 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Stauchverbindung zwischen einer Belchplatte und einem Bolzen bekannt. Der Bolzen ist mit einem kragenförmigen Rand versehen, der auf dem Blech aufliegt, wenn der Bolzen in eine Bohrung des Blechs hineinragt. Der Bolzen wird durch einschlagen oder einstämmen in der Blechplatte gesichert.

Aus DE 27 15 271 D2 ist eine Metallplatte mit Sechskantnöffnungen zur Aufnahme von Bolzen bekannt. Der Bolzen ist mit einem Sechskantabschnitt versehen, mit dem dieser in die Öffnung der Metallplatte getaucht wird.

Aus DE 40 10 598 ist die Verbindung eines Blechs mit einem eingepressten, selbstnietenden Gewindestift bekannt. Der Gewindestift ist zur Verbindung mit dem Blech mit einer Pflaster- oder Rändelverzahnung versehen, die in den Bohrungsrand eingepresst wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aus Platte und Bolzen zur Verwendung in der Automobilindustrie mit einer genaueren Bolzenpositionierung als in den bekannten Bolzenvorrichtungen bereitzustellen. Es wird angestrebt, eine Platten-Bolzen/Mutternverbindung bereitzustellen, die einer Trennung des Bolzens bzw. der Mutter von der Platte mit einer sehr hohen Ausziehkraft widersteht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst: Eine Platte mit zwei vorstehenden, mit einem Kragen versehenen Öffnungen in einem festen Abstand voneinander und mit zwei Bolzen, die jeweils polygonale Köpfe besitzen, welche in der mit einem Kragen versehenen Öffnung der Platte befestigt sind. Jeder Kopf ist derart dimensioniert, daß er den Kragen zu einer im Querschnitt im wesentlichen polygonalen Form verformt, die der polygonalen Form des Bolzenkopfes entspricht. Zur Verstärkung der Befestigung des Bolzenkopfes in dem Kragen, wird mindestens eine Ecke des Kragens umgeprägt. Bevorzugt sind die polygonalen Köpfe hexagonal, und jeder Bolzen besitzt einen einstückig an den polygonalen Köpfen geformten Flansch. Zusätzlich ist die Platte aus einem vorgalvanisierten, hochfesten, niedrig legierten Stahlblech geformt, das eine Dicke von ungefähr 0,15 cm (0,06 inches) bis ungefähr 0,20 cm (0,08 inches) aufweist, bevorzugt ungefähr 0,18 cm (0,072 inches). Die Platte besitzt bevorzugt ebenfalls eine Spannungsentlastungsrippe, die zwischen die mit einem Kragen versehenen Öffnungen gestanzt ist. Die Bolzen werden in der Platte sicher gehalten, so daß eine Ausziehkraft von 2250 Newton (505 lbf.) oder mehr erforderlich ist, um den polygonalen Bolzenkopf von der mit einem Kragen versehenen Öffnung der Platte zu trennen, und ein Drehmoment von mindestens 88 Newtonmeter (65 ft-lbs.) ist erforderlich, um dem hexagonalen Kopf in der mit einem Kragen versehenen Öff nung der Platte zu drehen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gegenstand eine Vorrichtung aus Platte und Mutter, wobei die zwei Muttern in der Platte anstelle der oben be schriebenen Bolzenköpfe befestigt sind.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 9 gelöst.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung aus Platte und Bolzen in Überein stimmung mit der Erfindung weist eine Reihe von Verfahrensschritten auf, die begin nen mit einem Nachobenpressen eines Paars von kreisförmigen, mit einem Kragen versehenen Öffnungen in einem Streifen aus Blech unter Verwendung einer Form mit mehreren Formstationen, die, in Verfahrensschritten, das Metallblech in zwei Positio nen in einer festen Entfernung voneinander durchbohrt, anschließend die vorstehenden Kragen durch einen Stanzer gemeinsam mit einer angepaßten Form, die gemeinsam auf das gelochte Blech wirken, formt, um ein fertiges Paar von mit einem Kragen ver sehenen Öffnungen in einem vorbestimmten festen Abstand voneinander zu formen. Ein Paar von Bolzen mit hexagonalem Kopf wird anschließend in einem festen Ab stand voneinander in einem Werkzeug positioniert, wobei der Bolzenschaft sich nach unten erstreckt. Die vorstehenden, mit einem Kragen versehenen Öffnungen werden auf den hexagonalen Bolzenkopf gepreßt bis die Kragen zu einer allgemein hexago nalen Form, die mit den hexagonalen Köpfen der Bolzen übereinstimmt, verformt sind, wodurch die Befestigung der Bolzen an dem Blech erfolgt. Die Kragen können sich bis zu einem Bereich oder über die gesamte Höhe des Bolzenkopfs erstrecken. Eine runde Form wird anschließend auf den Bolzenkopf und/oder die Kragen gepreßt, um die Ecken der hexagonalen Köpfe der Bolzen und/oder der Kragen mechanisch an dem Metall zu befestigen. Eine Rippe zur Spannungsentlastung in dem Blech wird anschließend in das Blech zwischen die Kragen gestanzt. Schließlich wird das Blech unter Verwendung eines geformten Stanzwerkzeugs abgeschnitten, um eine Platte der gewünschten Größe und Form zu erhalten, welche die Kragen mit den an diesen be festigten Bolzen aufweist.

Weitere Aufgaben, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den oben genannten, werden durch die nachfolgende nähere Beschreibung in Verbin dung mit den beiliegenden Zeichnungen aufgezeigt und verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung aus Platte und Bolzen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Herstellungsstraße mit einer Ab folge von Stationen zur Herstellung einer Vorrichtung aus Platte und Bolzen, wie in Fig. 1 gezeigt, aus einem Blechstreifen zeigt.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt eines Blechstreifens zeigt, in den Öffnungen in einem ersten Schritt zur Herstellung einer Vorrichtung aus Platte und Bolzen, wie in Fig. 1 gezeigt, gebohrt wurden.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Blechstreifens, in den die gebohrten Öffnungen, welche in Fig. 3 geformt wurden, durch eine fortlau fende Form in einem nachfolgenden Schritt der Herstellung einer in Fig. 1 ge zeigten Vorrichtung aus Platte und Bolzen bearbeitet wurden, um vorstehende kreisförmige Kragen um die Öffnungen zu formen.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung des hexagonalen Kopfes eines Bolzens in einem der vorstehenden, ringförmigen Kragen, die in Fig. 4 geformt wurden, zeigt, wobei die Anordnung in einem nachfolgenden Schritt der in Fig. 1 gezeigten Herstellung der Vorrichtung aus Platte und Bolzen er folgt.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Verformung eines ringförmigen Kra gens in eine im wesentlichen hexagonale Form durch die Kraft der in Fig. 5 gezeigten Befestigung eines hexagonalen Bolzenkopfs in dem vorstehenden kreisförmigen Kragen zeigt.

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Ergebnisse des Umformens der Ecken des hexagonalen Bolzenkopfs und/oder des im wesentlichen hexagonal geformten Kragens, der den hexagonalen Bolzenkopf aufnimmt, um den Bolzenkopf und den Kragen miteinander zu verbinden.

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer in dem Blech zwischen zwei Bolzen an geordneten Rippe.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Vorrichtung aus Platte und Mutter in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei eine Mutter anstatt eines Bolzens verwendet wird.

Nähere Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 20 aus Platte und Bolzen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 20 weist eine Platte 22 auf, die aus einem Blech geformt ist, wobei die Platte 22 zwei vorstehende Kragen 24 besitzt, die sich aufwärts von der Platte 22 erstrecken. Die Platte 22 besitzt eine Dicke von unge fähr 0,15 cm bis 0,20 cm, bevorzugt von 0,18 cm. Die Kragen 24 sind in einem festen Abstand voneinander angeordnet. Die Kragen 24 umschließen Öffnungen 26, die durch die Platte 22 verlaufen. Eine Rippe 28 ist zwischen den Kragen 24 angeordnet. Zwei Bolzen 30 sind an den Kragen 24 befestigt, wobei ein Bolzen 30 in jedem der Kragen 24 befestigt ist. Jeder Bolzen besitzt einen polygonalen Kopf 32, einen ein stückigen Flansch 34 und einen Gewindeschaft 36. Bevorzugt sind die polygonalen Köpfe 32 herkömmliche hexagonale Bolzenköpfe 38 (auch als "Sechskantköpfe" be zeichnet). Die Bolzen 30 werden mit ihren Sechskantköpfen 38 in dem Kragen 24 be festigt. Die Sechskantköpfe 38 werden von der flachen Unterseite der Platte 22 nach oben durch die Öffnungen 26 geführt, so daß die Sechskantköpfe 38 in den nach oben sich erstreckenden Kragen 24 von unten aufgenommen werden und die Bolzenflan sche 34 gegen die Unterseite der Platte 22 anliegen. Die Bolzenschafte 36 erstrecken sich nach unten. Die Sechskantköpfe 38 verformen die Kragen 24 zu einer im Quer schnitt im wesentlichen hexagonalen Form, die der Form des Sechskantkopfes 38 ent spricht. Die Bolzen werden in der Position auf der Platte durch Umformen von einer oder mehreren der Ecken 40 des hexagonalen Bolzenkopfes sowie der deformierten Ecken 42 des Kragens 24 gesichert. Die umgeprägten Ecken 42 des Sechskantkopfes 38 sind in Fig. 7 sichtbar. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Höhe des Kragens 24 geringer als die Höhe des Sechskantkopfes 38, wobei das Umformen auf den oberen Abschnitt des Sechskantkopfes 38, der sich oberhalb des Kragens 24 erstreckt, begrenzt werden kann.

Bei Versuchen wurde herausgefunden, daß die Vorrichtung 20 aus Platte und Bolzen eine Ausziehkraft von 2250 Newton (505 lbf.) benötigt, um den Sechskantkopf 38 des Bolzens 30 von einem Kragen 24 der Platte 22 zu trennen. Es wurde ebenfalls festge stellt, daß ein Drehmoment von 88 Newtonmeter (65 ft-lbs) oder mehr erforderlich ist, um den Sechskantkopf 38 des Bolzens 30 in dem Kragen 24 der Platte 22 zu drehen.

Fig. 9 beschreibt eine Ausführungsform der Erfindung, in der eine Mutter 52 als Ersatz für einen Bolzen in der Vorrichtung 50 aus Platte und Mutter verwendet wurde. Die Vorrichtung aus Platte und Mutter 50, welche in Fig. 9 gezeigt wird, ist in vielen der Anwendungen für eine Vorrichtung aus Platte und Bolzen 20 nützlich.

Das bevorzugte Herstellungsverfahren für die Vorrichtung aus Platte und Bolzen 20 ist als eine Serie von aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten in Fig. 2 bis 8 darge stellt. Die Schritte werden in einer Serie von Stationen, so wie in Fig. 2 gezeigt, aus geführt. Der erste Verfahrensschritt weist ein Nachobenziehen eines Paars von ring förmigen, mit einem Kragen versehenen Öffnungen 24 aus einem Streifen Blech auf, unter Verwendung einer Form mit mehreren Stationen (progressive die). Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Streifen aus Blech 60 zu einer Trommel 62 aufgewickelt und wird fort laufend von der Trommel abgewickelt und durch die Form geführt. Die Form 64 durchbohrt zuerst das Blech in der Station 66, um die Öffnungen 26 zu formen, wel che einen festen Abstand, wie in Fig. 3 gezeigt, voneinander aufweisen. Die Form formt anschließend die vorstehenden Kragen 24 in einer Station 68. Die Form ver wendet einen zylindrischen Stanzer gemeinsam mit einer entsprechenden hohlen Zy linderform, deren Wände beabstandet von den Wänden des Stanzers angeordnet sind, die auf das durchbohrte Blech wirken, um ein fertiges Paar von Kragen 24 in einem vorbestimmten festen Abstand voneinander zu formen. Das fertige Paar von Kragen 24 wird in Fig. 4 gezeigt. Ein Paar von Bolzen 30 mit hexagonalen Köpfen 38 und Schäften 36 werden anschließend in der Station 70 angeordnet. Die Bolzen 30 werden in einem festen Abstand voneinander mit dem Bolzenschaft 26 nach unten weisend in einem Trägerwerkzeug positioniert, wie in Fig. 5 gezeigt. Die vorstehenden Kragen 24 werden anschließend auf die hexagonalen Köpfe 38 der Bolzen 30 gepreßt, bis die vorstehenden Kragen 24 zu einer im wesentlichen hexagonalen Form geformt sind, die den hexagonalen Köpfen 38 des Bolzens 30 entspricht, wie in Fig. 6 gezeigt. In diesem Stadium des Herstellungsverfahrens sind die Bolzen mit dem Blechstreifen 60 verbunden. Die Ecken 40 der hexagonalen Köpfe der Bolzen und/oder der Ecken 42 der Kragen 24 werden anschließend unter Verwendung einer runden Form umgeprägt, um die Bolzen 30 sicher in dem Blech 60 zu halten, wobei dieser Verfahrensschritt in der Station 72 erfolgt. Im wesentlichen deformiert die Rundform die Ecken 40 der hexagonalen Köpfe 38 der Bolzen 30 und preßt das Metall der Köpfe 38, bis es sich mit dem Metall der Kragen 24 verbindet. Eine Rippe 28 wird anschließend in das Blech 60 in der Station 74 zwischen die Kragen 24 zur Spannungsentlastung in den Blechstreifen 60 geprägt. Schließlich wird das fertiggestellte Teil 20 von dem Blech streifen 60 in der Station 76 unter Verwendung eines geformten Abschneidewerk zeugs abgeschnitten, um eine Platte 22 in gewünschter Größe und Form mit den Bol zen 30 an dieser befestigt zu formen.

Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine stabile Vorrichtung aus Platte und Bolzen bereit, die unter Verwendung von herkömmlichen Sechskantbolzen hergestellt werden kann und die in der Positionierung ihrer Komponenten sehr genau ist. Die Vorrichtung aus Platte und Bolzen kann schnell unter Verwendung von geeignetem Werkzeug hergestellt werden.

Claims

1. Vorrichtung aus Platte und Bolzen oder Muttern folgendes aufweisend:
eine Platte, die zwei vorstehende, mit einem Kragen versehene Öffnungen be sitzt, wobei die Kragen von einer Seite der Platte vorstehen,
zwei Muttern oder Bolzen, die jeweils einen polygonalen Kopf und einen Schaft besitzen, wobei jede Mutter oder jeder Kopf in einer der Öffnungen angeordnet ist und die Bolzen mit ihren Schäften zu der von dem Kragen abgewandten Seite der Platte weisen,
wobei jeder Kragen durch die Mutter oder den Kopf zu einer im Querschnitt im wesentlichen polygonalen Form geformt ist, die an die Mutter oder den Kopf angepaßt ist, und
mindestens eine Ecke der Mutter oder des Kopfes oder mindestens eine Ecke des Kragens umgeprägt ist, um die Mutter oder den Kopf in dem Kragen in mindestens einer axialen Richtung zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polygonalen Köpfe hexagonale Köpfe sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolzen einen Flansch aufweist, der einstückig an dem polygonalen Kopf geformt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mit einer zentralen Spannungsentlastungsrippe versehen ist, die sich zwischen den Öffnungen erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Dicke von ungefähr 0,15 cm bis ungefähr 0,20 cm aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Dicke von ungefähr 0,18 cm besitzt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus einem vorgalvansierten, hochfesten, niedrig legierten Stahlblech besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolzen einen Gewindeschaft aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung aus Platte und Bolzen, das die fol genden Verfahrensschritte aufweist:
Anformung eines runden Kragens an ein Paar von in einem Blechstreifen gebohrten Öffnungen,
Einsetzen jeweils eines hexagonalen Kopfes eines Paars von Bolzen in jeweils eine der Öffnungen mit Kragen,
Verformung des Kragens zu einer im wesentlichen hexagonalen Form durch Anpassen des Kragens an den Bolzenkopf,
Umprägen mindestens einer Ecke von mindestens einem der hexagonalen Köpfe der Bolzen oder des Kragens zur Sicherung des Bolzens in der Öffnung in mindestens einer axialen Richtung.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prägen einer Spannungsentlastungsrippe in das Blech zwischen die Kragen erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umprägen unter Verwendung einer Rundform erfolgt.