DE2422919C2

DE2422919C2 -

Info

Publication number: DE2422919C2
Application number: DE2422919A
Authority: DE
Inventors: Corliss Windsor Ontario Ca Lauth
Original assignee: Deltight (ci) Ltd St Helier Jersey Channel Islands Gb
Current assignee: BINTCLIFFE TURNER LTD., SEVENOAKS, KENT, GB
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-05-11
Publication date: 1988-06-01
Also published as: JPS5018850A; FR2238858B1; FR2238858A1; CA1010763A; IT1023028B; DE2422919A1; GB1474766A; GB1474767A; US3938239A; AU6835474A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen von Einpreßmuttern in Metallblech, auf eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens, auf die Ausbildung der Einpreßmutter sowie auf die Einpreßmutter-Metallblech- Verbindung.

Bekannte Einpreßmuttern, welche mit einem Rändelkranz und einem vernietbaren Mantel versehen sind (US-PS 20 26 757), werden mit diesen Teilen in vorgebohrtes Blech eingesetzt, und der Mantel wird zwischen einem Stempel und einem Gegen halter radial um den Bohrungsrand gebördelt. Die Dreh festigkeit dieser Mutter-Blech-Verbindung ist nicht sehr hoch, und die Möglichkeit, den Kopf der Mutter im Blech verschwinden zu lassen, ist nicht gegeben.

Es ist auch bereits bekannt, eine Einpreßmutter mit ihrer äußeren Kante als Abscherwerkzeug zu verwenden (US-PS 32 76 499). Dieser Werkzeugcharakter der äußeren Kante verbietet es, diesen Teil der Einpreßmutter als vernietbaren Mantel zu benutzen. Demgemäß besitzt die Einpreßmutter eine ringförmige Aussparung, in welche das Material des Blechrandes hineinfließen soll. Nachteilig ist, daß nur bestimmte Blechqualitäten für diese Mutter- Blech-Verbindung in Frage kommen und daß das Blech in jedem Fall geschwächt wird.

Es ist des weiteren bekannt (US-PS 23 25 929), eine mit einer Gewindebohrung und einem vernietbaren Mantel versehene Flanschbuchse im Metallblech einer Behälterwand zu befestigen und dabei nach dem Verfahren gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1 vorzugehen. Im einzelnen wird die Flanschbuchse bis zur Anlage an einen ringförmigen Amboß auf einen Hohldorn aufgesteckt, der gleichzeitig Gegenhalter für ein am Stempel befestigtes Stanzwerkzeug ist, das die Bohrung in das Blech stanzt. Im weiteren Verfahrensablauf wird das Blech zwischen Ringflächen des Stempels und des Gegenhalters auf größerem Durchmesser als der Innendurchmesser des vernietbaren Mantels der Flansch buchse geklemmt und der freistehende Blechlochrand axial abgebogen und zu einem Kragen gezogen, wobei der Hohldorn als Durchziehstempel wirkt. Schließlich wird die Flansch buchse, am Amboß abgestützt, teilweise über das freie Ende des Hohldorns hinaus in das Bördelwerkzeug getrieben, das sich am Stempel befindet und den Mantel radial nach außen verformt, so daß sich dieser über die Stirnkante des Kragens legt. Gleichzeitig wird der Flansch der Flansch buchse in das Blech gedrückt, das dementsprechend ausweicht. Die hergestellte Verbindung ist nicht sehr drehfest. Ferner ist das Verfahren nicht zum Einfügen von - gegenüber Flansch buchsen im Durchmesser kleinen - Einpreßmuttern in vorge bohrtes Blech geeignet, da der Gegenhalter zwei relativ zueinander verschiebbare, rohrförmige Werkzeugteile - den inneren Durchziehstempel und den äußeren Amboß zum Antrieb der Flanschbuchse relativ zum Durchziehstempel - voraus setzt, die man nicht mit der nötigen Festigkeit auf dem Durchmesserbereich einer kleineren Einpreßmutter unter bringen könnte.

Es ist ferner bekannt (US-PS 25 64 782), eine Mutter, die eine Gewindebohrung und einen vernietbaren Mantel aufweist, in eine Blechbohrung dauerhaft einzusetzen, indem der Mantel um den Bohrungsrand gebördelt wird. Dabei wird eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2 benutzt. Der Dorn ist federnd nachgiebig in dem Gegenwerk zeug gelagert, um dem Stempel ausweichen zu können, wenn dieser den vernietbaren Mantel der Mutter in die Ringeinsenkung der Matrize drückt. Mit diesem Werkzeug kann kein Kragen am Blech gezogen werden. Eine drehfeste Verbindung der Mutter zum Blech wird nicht erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befestigen einer Einpreßmutter in einem Metall blech und eine Einpreßmutter hierfür zu schaffen, so daß sich eine zuverlässige Mutter- Blech-Verbindung herstellen läßt, die das Metallblech möglichst wenig schwächt und bei der das Lockerwerden der Einpreß mutter weitgehend vermieden wird. Die Dicke des Metallblechs, mit welchem die Einpreßmutter zu verbinden ist, soll ferner unkritisch sein. Schließlich soll die Mutter-Blech-Verbin dung mit einfachen Vorrichtungs- und Werkzeugteilen her stellbar sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe nach den Aspekten Verfahren, Vorrichtung und Erzeugnis kann den Ansprüchen entnommen werden.

Bei der Erfindung wird der Kragen des Metallblechs allein mit dem vernietbaren Mantel gezogen. Danach graben sich die relativ großen Rippen in den Kragen ein und ver leihen der Mutter-Blech-Verbindung eine außerordentlich gute Drehfestigkeit. Während der vernietbare Mantel zu einem Wulst geformt wird, wird der Kragen gestaucht und so eine gute Einspannung der Einpreßmutter in Axialrichtung und eine gute Abdeckung der Kragenkante erzielt.

Die Vorrichtung zum Herstellen der Mutter- Blech-Verbindung ist deshalb einfach, weil mit einem einfachen Stempel gearbeitet werden kann und das Gegen werkzeug mit Dorn, Matrize und Matrizenring einfache Bauteile aufweisen kann.

Schließlich ist auch der Verfahrensablauf bedienungsfreundlich, weil das Metallblech und die Einpreßmutter nur auf den Dorn, der die Anbringungsstelle markiert, aufge steckt zu werden brauchen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung, teilweise geschnitten, in der Ausgangslage,

Fig. 2 bis 5 jeweils eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1 in fortschreitenden Arbeitslagen,

Fig. 6 eine Einpreßmutter teilweise geschnitten,

Fig. 7 eine Ansicht der Einpreßmutter nach Fig. 6 von unten und

Fig. 8 von oben, in Metallblech eingesetzt,

Fig. 9 eine zweite Einpreßmutter, teilweise geschnitten,

Fig. 10 eine Ansicht der Einpreßmutter nach Fig. 9 von unten und

Fig. 11 von oben, in Metallblech eingesetzt,

Fig. 12 bis 15 den Verformungsvorgang anhand von vergrößerten Ausschnitten aus Fig. 1 bis 4, und

Fig. 16 die Ansicht einer hergestellten Mutter- Blech-Verbindung, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Einpreßmutter 10, die einen ringförmigen, zylindrischen Körper 11, einen hexagonalen Kopfflansch 12 an einem axialen Ende und einen vernietbaren Mantel 15 am anderen axialen Ende aufweist. Der Körper 11 hat eine Gewindebohrung 13 mit einem gegenüber dem Innendurchmesser des Mantels 15 kleineren Durchmesser. Auf dem Umfang des Körpers 11 und gegenüber dem Rand des hexagonalen Kopfflansches 12 radial einwärts gelegen erstrecken sich in axialer Richtung mehrere radial vorstehende Zähne oder Rippen 16, die einen U-förmigen Umriß und eine Abschrägung 17 am freien Ende aufweisen. Die Stirnseite 18 des Mantels 15 ist abgerundet, kann jedoch auf ihrer Innenseite eine Schneidkante 19 tragen. Die Ecken des Kopfflansches 12 sind abgerundet, wie aus Fig. 7 und 8 ersichtlich.

In dem Ausführungsbeispiel der Einpreßmutter 10 nach den Fig. 9 bis 11 ist der Kopfflansch 12 a kreisförmig, und die Zähne oder Rippen 16 sind mit größerem Abstand angeordnet, so daß sie durch ein Polygon umschrieben werden können und die Einpreßmutter 10 leichter ergriffen werden kann, wenn Gewinde geschnitten und ähnliche Bearbeitungsoperationen durchgeführt werden. Die Einpreßmutter 10 dient zur Herstellung einer Mutter-Blech-Verbindung 20 mit einem Metall blech 21, das zu diesem Zweck eine Bohrung 22 aufweist.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen dieser Mutter-Blech-Verbindung 20. Die Hauptbestand teile der Vorrichtung sind ein auf- und abbewegbarer Stempel 35 und ein Gegenwerkzeug 30. Das Gegenwerkzeug 30 weist ein gerätefestes Gestell 31, 32, 33 auf, gebildet aus Platten 31, 33 und Säulen 32. Der Stempel 35 kann an einem Querhaupt 34 angebracht sein, das entlang von Führungen auf die Platte 33 hin und von dieser weg verschiebbar ist, und weist eine Stempelfläche 36 auf, die durch eine axiale Bohrung 37 unterbrochen ist.

Oberhalb der Platte 33 ist eine Trägerplatte 38 mittels Führungsstiften 39 geführt und nimmt infolge von Federn 40 einen Abstand S ₁ von der Platte 33 ein. Auf der Trägerplatte 38 ist ein Matrizenring 41 befestigt, der eine durchgehende, zylindrische Bohrung 42 aufweist, an deren oberen Rand sich eine Ringfläche 43 anschließt. Am oberen Ende der Bohrung 42 ist eine Ausnehmung 42 a vorge sehen (Fig. 13).

Eine stempelartige Matrize 44 ist in der Bohrung 42 geführt und weist am unteren Ende einen Bund 45 und am oberen Ende einen Dorn 46 kleineren Durchmessers zur Auf nahme der Einpreßmutter 10 auf. Das untere Ende des Dorns 46 geht über eine Kegelmantelfläche 48 in eine bodenseitig gerun dete Ringeinsenkung 49 über, die eine Formungshohlkehle darstellt.

Unter der Platte 33 ist eine Führungsplatte 50 (Fig. 1) auf Führungsstiften 51 verschiebbar angeordnet, die mit Federn 52 an die Unterseite der Platte 33 gepreßt wird, wobei die einen Enden der Federn 52 sich an den Köp fen der Führungsstifte 51 abstützen.

In die Führungsplatte 50 ist eine Anschlag schraube 53 eingesetzt und auf den Bund 45 der Matrize 44 ausgerichtet. Auf das vordere Ende der Anschlagsschraube 53 ist eine Feder 54 aufgesetzt, die sich mit ihrem unteren Ende auf den Boden einer Zylinderbohrung 55 in der geräte festen Platte 33 und mit ihrem oberen Ende an der unteren Fläche des Bundes 45 der Matrize 44 abstützt und diesen nach oben vorgespannt auf einem Abstand S ₂ von der Ober fläche der gerätefesten Platte 33 hält.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Wie aus den Fig. 1 und 12 zu ersehen ist, wird der Dorn 46 durch die Bohrung 22 des Metallblechs 21 geschoben, und auf das hervorstehende Ende des Dorns 46 wird eine Einpreßmutter 10 gesteckt, so daß ihre Stirnseite 18 auf dem Metallblech 21 aufliegt.

Wie aus Fig. 12 und 13 zu ersehen ist, wird daraufhin der Stempel 35 kontinuierlich abgesenkt, wobei die Stirnseite 18 der Einpreßmutter 10 auf den Blechrand rund um die Bohrung 22 einwirkt. Dabei wird der Blechrand gebogen und zu einem rohrförmigen Kragen 56 deformiert, der nicht an die Wand der Bohrung 42 anstößt.

Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Stempels 35 stößt die Stirnseite 18 der Einpreßmutter 10 auf die Kegel mantelfläche 48 (Fig. 14) und schiebt die Matrize 44 zunächst gegen die Anschlagschraube 53 (d. h. der Abstand S ₂ wird aufgebraucht; Fig. 2) und daraufhin die Anschlag schraube 53 gegen die Platte 31, wobei sich der Spalt S ₃ öffnet und die Federn 52 gespannt werden (Fig. 3), die Matrize 44 aber ein festes Widerlager für die Einpreßmutter 10 bildet.

Die weitere Abwärtsbewegung des Stempels 35 bewirkt deshalb eine axiale Verschiebung der Einpreßmutter 10 gegenüber dem Dorn 46 und eine Verformung des vernietbaren Mantels 15 zu einem Ringwulst 57 (Fig. 15), der das untere Ende des Kragens 56 abdeckt. Gleichzeitig taucht der Kopfflansch 12 in das Metallblech 21 ein, bis die Stempelfläche 36 bündig zu den Oberflächen von Kopfflansch 12 und Metallblech 21 ist (Fig. 4 und 15).

Wenn der Stempel 35 dann zurückgezogen wird (Fig. 5), drücken die zuvor gespannten Federn 52 und 54 die Matrize 44 nach oben, und die Mutter-Blech-Verbindung 20 wird ausgeworfen.

Die erhaltene Mutter-Blech-Verbindung 20 enthält einen ebenen Teil - das Metallblech 21 - und den rohrförmi gen Kragen 56, die in einem ringförmigen Krümmungsbereich 58 ineinander übergehen. Zwischen Krümmungsbereich 58 und Kopfflansch 12 der Einpreßmutter 10 bleibt ein Spalt 59 (Fig. 8 und 11). Im Falle des runden Kopfflansches 12 a ist dieser Spalt 59 umlaufend und im Falle eines eckigen Kopfflansches 12 unterbrochen, da sich die Ecken in den Krümmungsbereich 58 des Metallblechs 21 eingraben (Fig. 15). Die Zähne oder Rippen 16 sind in den Kragen 56 eingepreßt oder eingetieft, der auf diese Weise am Umfang verteilte Ausbeulungen zeigt. Die Mutter-Blech-Verbindung 20 zwischen der Einpreßmutter 10 und dem Metall blech 21 ist deshalb drehfest.

Es hat sich gezeigt, daß diese Mutter-Blech- Verbindungen 20 eine bisher nicht erreichte Festigkeit gegen Lockerwerden aufweisen. Bei Versuchen mit axial aufwärts wirkender Kraft an nach Fig. 16 angebrachten Einpreßmuttern 10 sind folgende Werte ermittelt worden:

1. Biegebeanspruchung infolge einer schräg einwirkenden Kraft, die über eine 8 mm-Zylinderschraube in die Mutter-Blech-Verbindung 20 vom kragenseitigen Ende mit 45° Neigung eingeleitet wurde: Bis 545 kg Belastung traten keine Fehler auf.
2. Nachgiebigkeit infolge axial einwirkender Kraft, die über eine 8 mm-Zylinderschraube in die Mutter- Blech-Verbindung 20 vom kragenseitigen Ende eingeleitet wurde: Ausbiegung um 0,15 mm bei einer Belastung mit 2041 kg.
3. Nachgiebigkeit infolge axial einwirkender Kraft, die über eine 8 mm-Zylinderschraube vom flanschseiti gen Ende in die Mutter-Blech-Verbindung eingeleitet wurde: Bei einer Belastung mit 227 kg wurde keine Verschiebung festgestellt.
4. Torsionsbeanspruchung infolge eines wiederholt angeleg ten Drehmoments von 48,3 Nm auf die Einpreßmutter 10 mit der 8 mm-Zylinderschraube: Es wurde keine Bewegung ermittelt.

Claims

1. Verfahren zum Befestigen einer Einpreßmutter, deren mit einer Gewindebohrung versehener Körper am einen axialen Ende einen Kopfflansch und am anderen axialen Ende einen rohrförmigen, vernietbaren Mantel aufweist, dessen Innendurchmesser größer als der der Gewindebohrung ist, in einem Metallblech, das mit einer Bohrung versehen wird, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Mantels der Einpreßmutter ist, bei dem das Metallblech durch eine Ringfläche, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Mantels ist, konzentrisch zur Bohrung abgestützt und der Randbereich der Bohrung gegen die Stütz wirkung der Ringfläche axial abgebogen und ohne wesentliche Dickenänderung zu einem Kragen gezogen wird, in welchen die auf einem Dorn geführte Einpreßmutter mit dem Mantel voraus zumindest bis zur Anlage des Kopfflansches am Metallblech hineingedrückt und dabei der Mantel so verformt wird, daß er sich radial nach außen über die Stirnkante des Kragens legt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallblech (21) auf die Ringfläche (43) aufgelegt und dabei der Dorn (46) von der Seite der Ringfläche (43) her durch die Bohrung (22) geschoben wird,
daß die Einpreßmutter (10), die um den Außenumfang ihres Körpers (11) verteilt axial verlaufende Rippen (16) aufweist, auf das durch die Bohrung (22) ragende Ende des Dorns (46) gesteckt und mit der Stirnseite (18) des Mantels (15) gegen den Randbereich der Bohrung (22) gepreßt wird, der auf diese Weise von der Einpreßmutter (10) selbst zu dem Kragen (56) gezogen wird, und
daß beim weiteren Hineindrücken der Einpreßmutter (10) in den Kragen (56) sich in dessen Wand die Rippen (16) einbetten und gleichzeitig der Mantel (15) zu einem Ringwulst (57) verformt und gegen die Stirnkante des Kragens (56) angepreßt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem auf den Kopfflansch der Einpreß mutter axial einwirkenden Stempel und mit einem Gegenwerkzeug, das einen durch die Bohrung des Metallblechs schiebbaren Dorn im Zentrum einer Matrize aufweist, die mit einer bodenseitig gerundeten Ringeinsenkung zum Verformen des Mantels der Einpreßmutter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (44) von einem Matrizenring (41) umgeben ist, der an einer gestellfesten Platte (33) gehalten ist und dessen freie Stirnfläche eine Ringfläche (43) bildet, auf der das Metallblech (21) frei aufliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (46) mit der Matrize (44) fest verbunden ist und daß die Ringeinsenkung (49) zum Dorn (46) hin in eine Kegelmantelfläche (48) ausläuft.

4. Einpreßmutter zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Körper, der am einen axialen Ende einen Kopfflansch, am anderen axialen Ende einen rohrförmigen, vernietbaren Mantel und an seinem Außenumfang in Umfangsrichtung verteilt axial verlaufende Rippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) jeweils eine Außenfläche haben, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, und Abstände voneinander einnehmen, die ausreichend groß sind, so daß das Material des Kragens (56) zwischen die Rippen (16) ohne wesentliche Dickenänderung fließen kann.

5. Einpreßmutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) jeweils an ihrem dem Mantel (15) benachbarten Ende eine Abschrägung (17) aufweisen.

6. Einpreßmutter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) an der Stirn seite (18) abgerundet ist.

7. Einpreßmutter-Metallblech-Verbindung mit einer Enpreßmutter nach Anspruch 4, bei welcher das Metall blech zu einem Kragen gezogen ist, der in eine Umlaufnut zwischen Kopfflansch und verformten Mantelende der Einpreß mutter hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) der Einpreß mutter (10) in den Kragen (56) eingebettet sind und daß das verformte Mantelende als Wulst (57) ausgebildet ist, der mit Anpreßdruck am Kragenende anliegt.