DE202004014071U1

DE202004014071U1 - Fastening element comprises a face with a concentric annular bead which can be friction welded to a flat component by applying a rotational force

Info

Publication number: DE202004014071U1
Application number: DE200420014071
Authority: DE
Original assignee: Ejot GmbH and Co KG
Current assignee: Ejot GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2014-09-10

Abstract

A fastening element comprises a face with a concentric annular bead (3), which can be friction welded to a flat component (12,26) by application of a rotational force. The annular bead has a concentric line of contact and is part of a flange (4) which comprises the bead as well as a concentric groove (7) with an outer wall (25) for repelling rubbed off material. The flange and its side facing away from the annular bead forms an opposite surface for the pressing force.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement mit einer einen konzentrischen Ringwulst aufweisenden Stirnseite zur Reibschweißverbindung mit einem flächigen Bauteil durch auf das Befestigungselement wirkende Rotationskraft und Presskraft gegen das Bauteil.The The invention relates to a fastener with a concentric annular bead having end face for Reibschweißverbindung with a flat Component by acting on the fastener rotational force and pressing force against the component.

Ein derartiges Befestigungselement ist in der DE 199 27 369 A1 , g, dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Bolzen mit einem an dem einen Ende des Bolzens angeordneten Flansch, der auf seiner dem Bolzen abgewandten Seite einen konzentrischen Ringwulst aufweist. Dieser Ringwulst bildet das radiale Ende des Flansches und umrundet eine zentrale Ausnehmung. Die Reibfläche des Ringwulstes ist eben ausgebildet, so dass sich an dem Bolzen eine ringförmige flache Reibfläche ergibt, die mit erheblichem Querschnitt an einem flächigen Bauteil durch Reibschweißen zu befestigen ist. Der bekannte Bolzen mit seiner relativ großen Reibfläche lässt zwar beim Reibschweißvorgang durch Rotieren des Befestigungselementes und Andrücken an ein Bauteil die notwendige Wärme für das Anschmelzen der Berührungsflächen entstehen, weist aber den Nachteil auf, dass bei einer Rotation des Befestigungselementes unter Andrücken radiale Schubkräfte auftreten, die dazu führen, dass neben der Rotation der Bolzen auch rhythmisch eine Auslenkung erfährt, die dem Reibschweißvorgang eine erhebliche Unruhe aufdrückt.Such a fastener is in the DE 199 27 369 A1 . G represented. It is a bolt with a arranged at one end of the bolt flange having a concentric annular bead on its side facing away from the bolt. This annular bead forms the radial end of the flange and surrounds a central recess. The friction surface of the annular bead is flat, so that there is an annular flat friction surface on the bolt, which is to be fastened with a considerable cross section on a flat component by friction welding. Although the known bolt with its relatively large friction surface can be produced by rotating the fastener and pressing against a component, the necessary heat for the melting of the contact surfaces during friction welding, but has the disadvantage that upon rotation of the fastener under pressing radial thrust forces occur lead to the fact that in addition to the rotation of the bolt also rhythmically undergoes a deflection, which presses the Reibschweißvorgang a considerable unrest.

Es ist weiterhin in der US-PS 4,850,772 ein durch Reibschweißen an einen Bauteil zu befestigender Bolzen offenbart, der mit seiner Stirnseite die Fläche bildet, die durch Reibschweißen mit dem betreffenden Bauteil zu verbinden ist. Der Bolzen besitzt einen von der Stirnseite beabstandeten Flansch, der zur Übertragung der Rotationskraft und der Druckkraft gestaltet ist, und zwar derart, dass seine der Stirnseite des Bolzens abgewandte Seite leicht konisch ausgebildet und mit aufeinander folgenden Wellen versehen ist, die mit ihren Kämmen radial ausgerichtet sind. Diese derart gerichteten Wellen bilden zusammen den erwähnten Konus und sollen zur Aufnahme eines entsprechend geformten Futters dienen, das dann über die Wellen die Rotationskraft und über die radiale Erstreckung des Flansches die Druckkraft aufnehmen und diese über den Schaft des Bolzen auf dessen Stirnseite zum Reibschweißen übertragen. Da bei dem dem Bolzen zugrunde liegenden Reibschweißverfahren sowohl erhebliche Rotationskräfte als auch Druckkräfte aufgewendet werden müssen, kann die wellenförmige Gestaltung der genannten Fläche des Flansches dazu führen, dass die Abschrägungen der einzelnen Wellen dem Futter einer verwendeten Reibschweißvorrichtung die Tendenz geben, rhythmisch von dem Flansch weggedrängt zu werden, was zu einer vor allem in Axialrichtung verlaufenden Rüttelbewegung führen kann, die für den Reibschweißvorgang schädlich ist.It is further in US-PS 4,850,772 a by friction welding to a Component to be fastened bolt disclosed with its front side the area forms by friction welding is to be connected to the relevant component. The bolt has a spaced-apart from the end flange, for the transmission of the Rotational force and the pressure force is designed, in such a way that its side facing away from the end face of the bolt slightly conical formed and provided with successive waves, the with their combs are radially aligned. These waves directed in this way form together the mentioned Cone and should serve to receive a suitably shaped food, then over the waves the rotational force and over the radial extent of the flange absorb the compressive force and this over the Transmit the shaft of the bolt on its front side for friction welding. Since in the bolt underlying Reibschweißverfahren both significant rotational forces as well as compressive forces have to be spent can be wavy Design of the mentioned area of the flange cause the bevels the individual waves the lining of a friction welding device used the Tendency to be rhythmically pushed away from the flange, resulting in a mainly running in the axial direction shaking movement can lead, the for the friction welding process harmful is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben genannte Befestigungselement bei Ausbildung als Bolzen so zu gestalten, dass es bei gleichmäßiger Führung die Tendenz besitzt, sich bei Rotation automatisch zu zentrieren, und dass es sich von einem Futter sicher zentrisch erfassen lässt. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass der Ringwulst im Bereich seiner größten Höhe eine konzentrische Berührungslinie gegenüber dem Bauteil aufweist und Bestandteil einen Flansches ist, der sowohl den Ringwulst als auch außerhalb des Ringwulstes eine konzentrische Rille mit einer äußeren Wandung zur Abweisung von beim Reibschweißen entstehenden Abriebs sowie eine zentrale Vertiefung zur Aufnahme des Abriebs aufweist, wobei der Flansch mit seiner dem Ringwulst abgewandten Seite eine Gegenfläche für die Presskraft gegen das Bauteil, mit seiner Außenfläche einen Mitnehmer für die Rotationskraft und die Basis für einen Bolzen bildet, dessen Gewindeschaft über einen an den Flansch anschließenden koaxialen, zylindrischen Hals mit gegenüber dem Gewindeschaft größeren Durchmesser in die Gegenfläche übergeht.Of the Invention is based on the object, the above-mentioned fastener trained in training as a bolt so that it with uniform guidance the Tendency has to center automatically on rotation, and that it can be detected by a feed safely centric. According to the invention happens this in that the annular bead in the region of its greatest height a concentric contact line across from having the component and is part of a flange, both the Torus as well as outside of the annular bead a concentric groove with an outer wall to Rejection from friction welding resulting abrasion and a central recess for recording having the abrasion, wherein the flange with its the annular bead opposite side a counter surface for the Pressing force against the component, with its outer surface a driver for the rotational force and the basis for forms a bolt whose threaded shaft via a subsequent to the flange coaxial, cylindrical neck with opposite the Threaded shaft larger diameter merges into the opposite surface.

Aufgrund dieser Gestaltung des Ringsvorsprungs mit einer konzentrischen Berührungslinie ergibt sich bei der Rotation und dem Andrücken des Befestigungselementes an ein flächiges Bauteil sofort eine der Berührungslinie folgende Eindrucklinie in dem Bauteil, die sich mit fortschreitendem Reibschweißvorgang vertieft und damit automatisch zur Selbstzentrierung des Befestigungselementes bei dem Reibschweißvorgang führt. Dabei sorgt die den Ringwulst umgebende konzentrische Rille mit ihrer äußeren Wandung und der zentralen Vertiefung für die Abweisung bzw. Aufnahme von beim Reibschweißen entstehenden Abriebs, insbesondere Schmelzreste und Schmutzpartikel, die damit automatisch von dem eigentlichen Bereich des Reibschweißens weggeführt werden und damit den Reibschweißvorgang nicht stören können. Durch die Integration des Ringwulstes in den Flansch kann dieser vorteilhaft eine Mehrzahl von Aufgaben übernehmen, nämlich zusätzlich die Übertragung der Rotations- und der Presskraft, was eine entsprechend konzentrierte Gestaltung des erfindungsgemäßen Befestigungselementes ermöglicht. Der Flansch ist in der Lage, die notwendigen Andruckkräfte aufzunehmen, die beim Reibschweißen wirken müssen und von dem rotierenden Befestigungselement in die Reibschweißzone an den Bauteil übertragen werden. Der Flansch wird gleichzeitig als Mitnehmer ausgenutzt, insbesondere wenn er als Sechskant ausgebildet ist, was für das Mitnehmen des Befestigungselements durch ein rotierendes Futter eines entsprechenden Werkzeugs von Vorteil ist. Dabei bildet der Flansch mit seiner dem Ringwulst abgewandten Seite eine Gegenfläche für das Futter einer Reibschweißvorrichtung, das, wie vorstehend dargelegt, eine auf den Flansch ausgeübte Presskraft auf die Schweißstelle überträgt. Dabei wird der Übergang vom Gewindeschaft zu dem Flansch als Bereich zum Erfassen des Bolzens durch ein Futter ausgenutzt, der den koaxialen, zylindrischen Hals bildet, der bei Erfassen durch das Futter an eine genaue zentrische Rotation des Bolzens beim Anpressen an das Bauteil ermöglicht und auch hinsichtlich seines Druckmessers problemlos mit geringer Toleranz gefertigt werden kann.Due to this design of the annular projection with a concentric contact line results in the rotation and pressing of the fastener to a planar component immediately following the line of contact impression line in the component, which deepens with progressive Reibschweißvorgang and thus automatically leads to self-centering of the fastener in the friction welding , The concentric groove surrounding the annular bead with its outer wall and the central recess ensures the rejection or absorption of abrasion generated during friction welding, in particular melt residues and dirt particles, which are thus automatically carried away from the actual area of friction welding and thus do not interfere with the friction welding process can. By integrating the annular bead into the flange, the latter can advantageously assume a plurality of tasks, namely in addition the transmission of the rotational and the pressing force, which enables a correspondingly concentrated design of the fastening element according to the invention. The flange is able to absorb the necessary pressure forces which must act during friction welding and are transferred to the component by the rotating fastener in the friction welding zone. The flange is used simultaneously as a driver, in particular if it is designed as a hexagon, which is advantageous for the entrainment of the fastener by a rotating chuck of a corresponding tool. In this case, the flange with its side facing away from the annular bead forms a Counter surface for the lining of a friction welding device, which, as stated above, transmits a force exerted on the flange pressing force to the weld. In this case, the transition from the threaded shank to the flange is utilized as a region for gripping the bolt by a chuck which forms the coaxial, cylindrical neck which, upon being gripped by the chuck, permits accurate centering rotation of the bolt when pressed against the component and also with respect to Its pressure gauge can be easily manufactured with low tolerance.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In The figures is an embodiment of the Invention shown. Show it:

1 ein als Bolzen ausgebildetes Befestigungselement mit einem balligen Ringwulst in Seitensicht, teilweise im Schnitt; 1 a trained as a bolt fastener with a crowned annular bead in side view, partially in section;

2 den Bolzen in Draufsicht auf den Ringwulst; 2 the bolt in plan view of the annular bead;

3 das Futter mit von diesem aufgenommen und gegen ein Bauteil angedrückten Bolzen; 3 the chuck with picked up by this and pressed against a component bolt;

4 einen durch Reibschweißen mit einem beschichteten Bauteil verbunden Bolzen. 4 a bolt connected by friction welding to a coated component.

In der 1 ist ein das Befestigungselement bildender Bolzen 1 dargestellt, der auf seiner einen Seite den Gewindeschaft 2 und auf seiner anderen Seite den im Schnitt gezeichneten Ringwulst 3 als Bestandteil des Flansches 4 aufweist. Der Flansch 4 ist hinsichtlich seiner Außenfläche als Sechskant ausgebildet. Der Bolzen 1 wird zum Reibschweißen in ein entsprechend gestaltetes Futter einer Reibschweißvorrichtung eingespannt (siehe 3), für die der Sechskant des Flansches 4 als ein günstiger Mitnehmer zur Aufnahme der erforderlichen größeren Rotationskraft dient. Beim Reibschweißen wird von dem in 1 nicht dargestellten Futter auf die rückwärtige Fläche 5 des Flansches 4 gedrückt, die als Gegenfläche 5 für die Presskraft dient, womit dann der Ringwulst 3 gegen ein in der 1 nicht dargestelltes flächiges Bauteil mit der erforderlichen Presskraft gedrückt werden kann. Ein solches flächiges Bauteil ist in den 3 und 4 dargestellt. Beim Andrücken des Bolzens 1 gegen ein Bauteil berührt der Ringwulst 3 mit dem Bereich seiner größten Höhe 6 (in 2 strichpunktiert dargestellt). Dabei bildet sich eine sehr schmale konzentrische Berührungslinie aus, die dafür sorgt, dass sich beim Anpressen und bei der Rotation des Bolzens 1 automatisch eine Selbstzentrierung der Rotationsbewegung ergibt.In the 1 is a bolt forming the fastener 1 shown, on its one side the threaded shaft 2 and on the other side, the annular ring drawn in section 3 as part of the flange 4 having. The flange 4 is formed with respect to its outer surface as a hexagon. The bolt 1 is clamped for friction welding in a suitably shaped lining of a friction welding device (see 3 ), for which the hexagon of the flange 4 serves as a convenient driver for receiving the required greater rotational force. When friction welding is of the in 1 Not shown lining on the rear surface 5 of the flange 4 pressed that as a counter surface 5 for the pressing force, which then the annular bead 3 against in the 1 not shown flat component can be pressed with the required pressing force. Such a flat component is in the 3 and 4 shown. When pressing the bolt 1 against a component touches the torus 3 with the area of its highest altitude 6 (in 2 shown in phantom). This forms a very narrow concentric contact line, which ensures that when pressing and during rotation of the bolt 1 automatically results in a self-centering of the rotational movement.

Zwischen dem Gewindebereich des Gewindeschafts 2 und dem Flansch 4 ist der Hals 10 vorgesehen, der zylindrisch ausgebildet ist und koaxial zum Bolzen 1 verläuft, so dass der Hals 10 den idealen Führungsbereich zum Ansetzen eines Futters bietet, das damit bei genau zentrischer Drehung dem Bolzen eine schlagfreie Rotation aufzwingt. Der Hals 10 ist bei der dargestellten Gestaltung relativ nahe an der Berührungslinie im Bereich der Höhe 6 vorgesehen, so dass sich auch hierdurch eine günstige Führung des für das Reibschweißen erforderlichen Bereichs mit dem Ringwulst 3 bietet. Der Übergang vom Gewindeschaft 2 zum Hals 10 wird durch die konische Abschrägung 11 gebildet, die ein Aufsetzen eines Futters erleichtert.Between the threaded area of the threaded shaft 2 and the flange 4 is the neck 10 provided, which is cylindrical and coaxial with the bolt 1 runs, leaving the neck 10 provides the ideal guidance area for attaching a chuck, which then forces the pin to rotate without impact when exactly centered. The neck 10 is in the illustrated embodiment, relatively close to the line of contact in the height 6 provided, so that hereby a favorable guidance of the required for the friction welding area with the annular bead 3 offers. The transition from the threaded shaft 2 to the neck 10 is due to the conical taper 11 formed, which facilitates a placement of a feed.

In der 2 ist der Bolzen 1 in Draufsicht auf die Seite des Bolzens mit dem Ringwulst 3 dargestellt. In der 2 ist, wie oben gesagt, die Berührungslinie 6 durch die dort strichpunktiert angegebene Linie 6 dargestellt.In the 2 is the bolt 1 in plan view of the side of the bolt with the annular bead 3 shown. In the 2 is, as stated above, the contact line 6 through the dash-dotted line 6 shown.

Wie sich aus 1 weiterhin ergibt, wird der Ringwulst 3 einerseits von der konzentrischen Rille 7 und andererseits von der zentralen Vertiefung 8 begrenzt. Dabei bildet die äußere Wandung 25 eine Fläche zur Abweisung von Abrieb unter Ausnutzung der Fliehkraft und die Vertiefung 8 einen Aufnahmeraum für den Abrieb (Schmelzereste und Schmutzpartikel), der dann den eigentlichen Reibschweißvorgang nicht mehr beeinträchtigen kann.As it turned out 1 continues, the annular bead is 3 on the one hand from the concentric groove 7 and on the other hand, from the central pit 8th limited. The outer wall forms 25 a surface for repelling abrasion by utilizing the centrifugal force and the recess 8th a receiving space for the abrasion (Schmelzereste and dirt particles), which then can no longer affect the actual Reibschweißvorgang.

In der 3 ist der Bolzen 1, erfasst von einem Futter in der Phase der Rotation des Bolzens und Andrücken gegen das Bauteil 12 dargestellt, das in 3 teilweise gezeigt ist und das Bauteil 12 durch den Niederhalter 19 gegen das Widerlager 15 drückt. Das Futter weist die Ringaufnahme 9 auf, die den mit einem Sechskantprofil ausgestalteten Flansch 4 satt umfasst und die von einem nichtdargestellten Drehantrieb beim Reibschweißen in Drehung versetzt wird. Dabei wird der Bolzen 1 in seinem Bereich mit dem zylindrischem Hals 10 von dem rohrartig gestalteten Druckstück 18 zentrisch erfasst, so dass bei der Drehung über den koaxialen, zylindrischen Hals 10 und das Druckstück 18 gewährleistet ist, dass der Ringwulst 3 des Bolzens ohne seitliches Ausweichen, also schlagfrei, rotiert. Auf Grund der Rotation und des Anpressens des Bolzens 1 mit seinem Ringwulst 3 tritt eine solche Erhitzung an der Berührungsstellen von Ringwulst 3 und Bauteil 12 ein, dass schließlich eine Reibschweißung in dem Bereich 14 mit dem Material des Bauteils 12 eintritt.In the 3 is the bolt 1 Detected by a chuck in the phase of rotation of the bolt and pressing against the component 12 represented in 3 partially shown and the component 12 through the hold-down 19 against the abutment 15 suppressed. The food has the ring receiver 9 on which the designed with a hexagonal flange 4 saturated and which is rotated by an unillustrated rotary drive during friction welding in rotation. This will be the bolt 1 in his area with the cylindrical neck 10 from the tube-shaped pressure piece 18 Centrally detected, so that when turning over the coaxial, cylindrical neck 10 and the pressure piece 18 it is ensured that the torus 3 of the bolt without dodging, so without impact, rotates. Due to the rotation and the pressing of the bolt 1 with his torus 3 occurs such heating at the contact points of annular bead 3 and component 12 a that finally a friction weld in the area 14 with the material of the component 12 entry.

In der 4 ist der Bolzen 1 gemäß 1, angeschweißt an das flächige Bauteil 12 dargestellt. Das flächige Bauteil wird hier durch ein dünnes beschichtetes Blech gebildet, dessen Beschichtungen mit 13 bezeichnet sind. Wie ersichtlich ist ein Teil des ballig ausgebildeten Ringwulstes 3 in das Material des Bauteils 12 eingedrungen und hat sich in dem Bereich 14 mit dem Material des Bauteils 12 porenfrei verschweißt.In the 4 is the bolt 1 according to 1 , welded to the flat component 12 shown. The sheet-like component is formed here by a thin coated sheet whose coatings with 13 are designated. As can be seen, part of the crowned annular bead 3 in the material of the component 12 has penetrated and has been in the field 14 with the material of the component 12 welded without pores.

Claims

Fastener with a concentric annular bead ( 3 ) end face for Reibschweißverbindung with a flat component ( 12 ) by acting on the fastener rotational force and pressing force against the component ( 12 ), characterized in that the annular bead ( 3 ) in the region of its greatest height ( 6 ) a concentric contact line with respect to the component ( 12 ) and part of a flange ( 4 ), which both the annular bead ( 3 ) as well as outside the annular bead ( 3 ) a concentric groove ( 7 ) with an outer wall ( 25 ) for repelling abrasion generated during friction welding and a central depression ( 8th ) for absorbing the abrasion, wherein the flange ( 4 ) with its the annular bead ( 3 ) facing away from a counter surface ( 5 ) for the pressing force against the component ( 12 ), with its outer surface a driver for the rotational force and the base for a bolt ( 1 ) whose threaded shaft ( 2 ) via one to the flange ( 4 ) subsequent coaxial, cylindrical neck ( 10 ) with respect to the threaded shaft ( 2 ) larger diameter in the mating surface ( 5 ) passes over.

Fastening element according to claim 1, characterized in that the annular bead ( 3 ) is formed spherically in cross section.

Fastening element according to claim 1 or 2, characterized in that the driver is designed as a hexagon.