DE3102263A1

DE3102263A1 - "stauchmutter und einbaumaschine"

Info

Publication number: DE3102263A1
Application number: DE19813102263
Authority: DE
Inventors: Francis Clare 60174 St. Charles Ill. Peterson
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-01-24
Publication date: 1981-12-10
Also published as: IT1135238B; SE8100469L; FR2475164A1; JPS56120810A; CA1161674A; NL8100540A; AU6650981A; IT8119421A0; ATA35381A; GB2069088B; ES499082A0; BR8100578A; JPS649486B2; CH643471A5; GB2069088A; ES8205963A1; SE449775B; ZA81334B; BE887350A

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Stauchmutter und eine Vorrichtung zum Installieren dieser Stauchmutter an einem Werkstück. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine Metallblechstauchmutter, die leicht und wirtschaftlich hergestellt und installiert werden kann.

Es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, eine Stauchmutter mit einem Zwischenraum zur Aufnahme einer Werkstückextrusion zu konzipieren, so daß die Mutter zur Einnahme ihrer Lage auf einem Werkstück abgesteckt werden kann. Diese bekannten Stauchmuttern werden aus Stangenausgangsmaterial hergestellt und involfieren notwendigerweise kostspielige Fertigungsschritte wie Bohren, Gegenbohren und Gewindeschneiden zusätzlich zu den Schwierigkeiten in der Handhabung und der Bearbeitung derartiger Teile. Ferner ist ein grundlegendes Merkmal jeder dieser Stauchmuttern eine Unterschneidung zur Aufnahme extrudierten Materials, um die Mutter an dem Werkstück festzuhalten. Derartige ünterschneidungen sind schwer maschinell einzubringen und unzuverlässig in ihren Halterungseigenschaften infolge der Reluktanz des extrudierten Materi-

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als, die Unterschneidung zu füllen.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Schwierigkeiten und Mangel dieser bekannten Stauchmuttern. Die Stauchmutter gemäß dar Erfindung enthält erste und zweite Arme/ die miteinander verbunden sind. Die ersten und zweiten Arme werden aus Blechmaterial gestanzt, und jeder Arm enthält eine öffnung, die während des Stanzvorgangs gebildet oder leicht während eines zweiten Bearbeitungsvorgangs hinzugefügt oder abgewandelt werden kann. Die Stauchrautter wird in eine ü-förmige Gestalt gebogen, um die beiden Öffnungen in axiale Fluchtlage zu bringen, wobei der Verbindungsabschnitt die Grundfläche des U bildet. Eine öffnung ist größer als die andere, um einon extrudierten Teil des Werkstücks aufzunehmen. Die andere öffnung ist in der Größe so bemessen, daß sie einen selbstschneidenden Schraubenschaft aufnimmt, der zuerst in das extrudierte Metall und dann in die öffnung des zweiten Armes ein Gewinde einschneidet. Beim Anziehen der Schraube in die Stauchmutter hinein, zieht sie den zweiten Arm im Winkel in Richtung auf den ersten infolge der Elastizität des Federarms, der durch den Verbindungsabschnitt an der Basis des U gebildet wird. Dies verursacht effektiv

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eine Verriegelung der Gewinde und verhindert ein Zurückfallen des Befestigers nach außen. Außerdem kann, während die meisten Stauchmuttern für eine Werkstückdicke hergestellt wenden müssen, die Stauchmutter gemäß der Erfindung einen weiten Bereich von Materialdicken bedienen, da der Bereich zwischen den beiden Armen das zusätzliche extrudierte Material aufnehmen kann.

Die Stauchmutter gemäß der Erfindung kann durch das Werkstück besser gehalten und leichter und billiger hergestellt werden und außerdem ein Verriegelungsmerkmal bieten, das bei bekannten Stauchmuttern nicht vorhanden ist. Diese und weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nach einem Studium der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ihre volle Würdigung finden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Stauchmutter gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht, im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1;

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Fig. 3 einen Schnitt ähnlich der Fig. 2 bei Darstellung des in die Mutter hineinextrndierten Werkstückmaterials;

- Fig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt zur Darstellung j '·■ eines Befestigers, der eine Platte an einem

Basiswerkstück festhält;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Streifen Stauch-

muttern beim Austritt aus dem Stempel, bevor die Arme parallel gebogen werden;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Einbauwerkzeugs, das beim Hineinstecken des Werkstücks in die Mutter verwendet werden kann;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines einleitenden Schrittes beim Einsteckvorgang der Ausführungsform nach Fig. 7; und

Fig. 9 eine Seitenansicht der Stauchmutter nach Fig.

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bei Vollendung des Steckvorgangs unmittelbar vor dem Zurückziehen des Stempels.

Es folgt jetzt eine ausführliche Beschreibung der Erfindung. Die Stauchmutter gemäß der Erfindung ist allgemein bei 10 gezeigt. Ein erster Arm 12 erstreckt sich allgemein parallel zu einem zweiten Arm 14, die durch einen Bereich 15 miteinander verbunden sind, wobei jeder Arm seine entsprechende Öffnung 16, 18 enthält. Diese erste (16) und zweite (18) öffnung sind allgemein koaxial, und jede öffnung hat zwei Teile oder Abschnitte. Der erste Abschnitt 20 der öffnung 16 ist allgemein zylindrisch, während der zweite Abschnitt einen größeren Durchmesser hat und von kegelförmiger Gestalt sein kann. Beide Abschnitte haben Verzahnungen 24 für einen im folgenden ausführlicher zu beschreibenden Zweck.

Die zweite Öffnung 18 hat auch einen zylindrischen Abschnitt 26 und einen kegelförmigen Abschnitt 28. Der zylindrische Abschnitt 26 hat einen geringeren Durchmesser als der zylindrische Abschnitt 20. Der zylindrische Abschnitt 20 muß größer sein, um das extrudierte Material 32 von dem Werkstück 30 aufzunehmen. Der

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zylindrische Abschnitt 26 hat einen Durchmesser, der geringer ist als der Gewindekammdurchmesser eines selbstbohrenden Befestigers 34. Dieser Befestiger kann entweder eine gewindeformende oder eine gewindeschneidende Type sein.

Bei Verwendung der Stauchmutter gemäß der Erfindung wird die Mutter 10 unter dem Werkstück 30 im Befestigungsbereich in Stellung gebracht. Sodann wird irgendr eine Form eines Steckwerkzeugs mit einem Durchmesser allgemein gleich dem Wurzeldurchmesser der Schraube 34 durch das Werkstück 30 in die öffnung 16 eingeführt und dabei das zu extrudierende Material des Werkstückloches in die öffnung 16 hineingedrückt und dadurch die Mutter 10 an ihren Platz gesteckt. Die .,. Extrusion 32 erstreckt sich wenigstens in den zweiten Abschnitt 22 der öffnung hinein, der einen größeren Durchmesser hat als der erste Abschnitt, so daß die Mutter gegenüber seitlicher und axialer Bewegung gesichert ist. Die Verzahnungen erfassen die Außenseite der Extrusion 32 und werden effektiv mit dem Extru-...,_ ., sionsmaterial gefüllt, was eine Drehbewegung der Mutter verhindert.

Je nach der Dicke des Werkstücks und dem Ausmaß der

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Schließung zwischen den Armen 12 und 14, welches
durch Abstecken herbeigeführt werden kann, kann sich die Extrusion 32 in den Abschnitt 28 hinein erstrekken, und daher sind auch hier ebenso Verzahnungen erforderlich. Der selbstschneidende Befestiger 34 wird dann in die Extrusion 32 und weiter in den Abschnitt 26 hinein geschraubt, dessen Innendurchmesser spezifisch geeignet ist, diese bestimmte Befestigergröße
aufzunehmen. Der Befestiger 34 klemmt den Platten-'
körper 35 gegen das Werkstück 30. Beim Anziehen des
Befestigers in den Abschnitt 26 hinein wird der Arm
14 elastisch in Richtung auf den Arm 12 zu winkelförmig durchgebogen und verriegelt dadurch die Zähne des Befestigers mit den neugeformten Gewinden in der Stauchmutter und verhindert dadurch eine Lockerung
des Befestigers.

Fig. 5 zeigt einen Streifen derartiger Stauchmuttern 10, die aus Plattenmaterial herausgestanzt worden sind und durch kleine Materialbreiten 36 und 38 untereinander verbunden bleiben. Die öffnungen 16 und 18 können infolge dieser Formgebung auch leicht herausgestanzt, gebohrt, geformt und verzahnt werden. Das Herüberfalten des Arms 12 vollendet die Bildung des Stauchmutternstreifens .

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Pig.' 6 Tjeigt eine Vorrichtung 40 zum automatischen Vorschieben und Abstecken der Stauchmuttern. Ein erster Kolben 42 ist gleitend in einem Rahmen 44 gelagert und wird von der Feder 46 nach oben beaufschlagt. Ein zweiter Kolben 48 ist gleitend in dem ersten Kolben gelagert. Der zweite Kolben 48 ist mit einem Kraftzylinder 50 verbunden, der pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch (d-h. ein Solenoid) sein kann. Das gegenüberliegende Ende des zweiten Kolbens ist mit daran befestigten Stecheinrichtungen 52 versehen. Zwischen dem beweglichen Abschnitt des Kraftzylinders 50 und einer Reaktionsfläche 56 des Zylinders 42 ist eine Feder 54 gelagert.

Ein Gestängekörper 58 ist an einem Ende mit dem Kraftzylinder 50 und an dem anderen Ende mit einem Taumelarm 60 verbunden. Mit dem Taumelarm ist ein Schiebefinger 62 schwenkbar verbunden. Der Finger 62 besitzt vorzugsweise eine Anzahl Ansätze 64 (von denen einer gezeigt ist), um zwischen benachbarten Stauchmuttern einzugreifen und den Streifen zu dem Stanzwerkzeug vorzuschieben. Die Ansätze 64 haben einen verjüngten hinteren Rand, so daß sie sich beim Rückwärtshub leicht aus dem Schlitz zwischen den Stauchmuttern herausführen können. Der federbeauf-

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schlagte Tauchkolben 66 lagert den streifen im Bereiche der Trennkante 68.

Der Betrieb der Absteckvorrichtung wird in Verbindung mit einer zweiten Stauchmutterausführungsform ausführlicher beschrieben, die in den Figuren 7 bis 9 dargestellt ist. Diese wahlweise Ausführungsform 110 besitzt Einrichtungen zur Verhinderung einer Drehbewegung in Form zahnartiger Vorsprünge 124, die in der Öffnung 116 angeordnet sind. Auch der zweite Abschnitt 128 der Öffnung 118 wird in die Oberseite des Armes 114 eingestanzt, und das verdrängte Material bildet eine. Wulst oder einen Ring 121.

Bei einer Bewegung des Kraftzylinders 50 im Betrieb nach unten, bewegen sich die Kolben 42 und 48 zusammen nach unten aufgrund der Tatsache, daß die Feder 54 steifer ist als die Feder 46. Der Kolben 42 erfaßt die Oberseite des Werkstücks 30 und schiebt dieses und den Mutternstreifen entgegen dem Aufwärtsdruck des Tauchkolbens 66 nach unten. Die Materialbreiten 36 und 38 werden in die Trennkante 68 hineingetrieben und von dieser durchgeschnitten. Nun bewegt sich die Stecheinrichtung 52 in das Werkstück 30 hinein nach unten,während die Feder 46 vollkommen zusam-

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mengedrückt wird,und die Feder 54 beginnt zusammenzufallen.

Die zwei Arme 112 und 114 können in Berührung miteinander kommen, sowie der abwärts gerichtete Druck der Stecheinrichtung die Elastizität des mittleren Abschnitts 115 überwindet( wie in Fig. 8 gezeigt). Dies ist natürlich abhängig von dem Material, aus welchem die Mutter hergestellt ist, und von der Dicke dieses Materials. Wegen dieser Möglichkeit ist die Wulst 121 gebildet. Die Ausnehmung 118 stellt sicher, daß die Extrusion 32 reichlich Raum hat, in den sie sich hineinbewegen kann, falls die Kraft groß genug ist, um ein Schließen der Arme zu verursachen. Die Wulst 121 wirkt jedoch als eine Verstärkung und stellt sicher, daß die Ausnehmung 128 b.153 zur Vollendung des Extrudierens nicht zusammenfällt. Wenn die Schulter 53 die Oberseite des Werkstücks 30 erfaßt, dann führt sie zwei Funktionen aus. Sie blockiert den Aufwärtsweg, so daß nichts von dem extrudierten Material nach oben entweichen kann, während die Stechvorrichtung 52 in der öffnung verbleibt und sicherstellt, daß kein Material an der Unterseite der Stauchmutter austreten kann. Weiterer Abwärtsdruck veranlaßt die Schulter 53, ihre

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zweite Funktion durchzuführen, in welcher sie eine Abflachung des Wulstes 121 verursacht. Dies führt zu einem Zusammenfallen des Materials in die Außenteile des Öffnungsabschnitts 128 hinein, wobei die Extrusion 32 zusammengedrückt und sichergestellt itfird, daß die Ausnehmungen zwischen den Zähnen 124 voll ausgefüllt werden (Fig. 9).

Bei serner Aufwäx"tsbewegung, in welcher er die Stechvorrichtung 52 zurückzieht, zieht der Kraftzylinder 50 auch den Gestängekörper 58 aus seiner in punktierten Linien gezeigten Stellung in seine in fest ausgezogenen Linien gezeigte Stellung (Fig. 6) und dreht den Taumelarm 60 entgegen dem Uhrzeigersinne. Dies veranlaßt aie Ansätze 64 auf dem Finger 62, zwischen benachbarten Stauchmuttern einzugreifen und den Streifen vorwärtszuschieben. Die Übersteuerung des Schwenkfingers 62 (wie durch die in punktierten Linien gezeigte Stellung in Fig. 6 angegeben) ist erforderlich, um ein Zurückziehen der Stechvorrichtung von dem Werkstück 30 zu ermöglichen, bevor der Vorschub beginnt. Nachdem einmal die Stechvorrichtung 52 zurückgezogen worden ist, kann das Werkstück durch nicht dargestellte L.'-nrichtungen seitwärts oder in Längsrichtung der Ab-

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•j steckvorrichtung bewegt werden, um die Einstellung der

J Stauchmutter auf dem Werkstück nach Wunsch zu verän-

j dern. Wenn der Abwärtsdruck des Steckkörpers entfernt

wird, dann springt der Arm 114 in eine Stellung in ] , Annäherung an die des Arnes 14 in Fig. 3 zurück. Das

genaue Ausmaß des Rückfederns ist abhängig von dem Maße, in welchem eine Verformung des mittleren Abschnitts 114 stattfindet (d.h. über die elastische Grenze hinaus, etc.). Ein weiteres Merkmal dieser zweiten Ausführungsform besteht darin, daß in' dem Arm 114 mehr Material vorhanden ist als in dem entsprechendem Arm der Ausführungsfo.rm nach den Figuren 1 bis 4, so daß ein größerer Gewindeeingriff mit dem Befestiger 34 gegeben ist.

Fachleuten auf diesem Gebiet werden im Lichte der obigen Beschreibung verschiedene Abwandlungen, Veränderungen und Alternativen möglich erscheinen. Es ist demzufolge beabsichtigt, sämtliche derartigen Veränderungen, Abwandlungen und Alternativen, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, als Teil der vorliegenden Erfindung mit einzuschließen.

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Claims

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.'•'.iiyi-.V?. 5V!iiTiit2

üiiJ.infj.E.Graalfs 3102263

j Pipi. ing. W. Wehnert

i Or. ing. VV. Doting

.j 2000 Hamburg

A ILLINOIS TOOL WORKS INC.

I 8501 West Higgins Road

1 Chicago, Illinois 60631

j USA

? 23. Januar 1981

Stauchmutter und Einbaumaschine

Ansprüche :

j ■ My Stauchmutter (clinch nut) , gekennzeichnet durch

einen ersten Armkörper/ welcher eine Werkstückober-

: fläche mit seiner einen Seite berührt, einen zweiten

f Armkörper, welcher auf der gegenüberliegenden Seite

J von dem Werkstückeingriff mit dem ersten Armkörper

j verbunden ist und sich allgemein parallel zu dem

\ ersten Armkörper erstreckt, eine erste öffnung in

j dem ersten Armkörper, die zur Aufnahme eines

■ extrudierten Abschnitts des Werkstücks geeignet

I ist, eine zweite Öffnung in dem zweiten Arm, die

allgemein koaxial zu der ersten öffnung liegt, wobei wenigstens ein Teil der zweiten Öffnung einen

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Durchmesser hat, der geringer ist als der Gewindekammdurchmesser eines damit zu verbindenden selbstbohrenden BefestLgers, und wobei die erste öffnung einen ersten Abschnitt mit einem Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem größeren Durchmesser einschließt, der sich auf der von dem Werk-

j stückeingriff abgelegenen Seite befindet, und außer

dem Einrichtungen zur Verhinderung einer Drehbewegung einschließt, wodurch die Stauchmutter axial und drehfest durch Extrudieren eines Teils des Werkstücks in die erste öffnung hinein, beispielsweise durch Aufstecken befestigt werden kann, wobei diese Extrusion oder Austreibung sich wenigstens in den zweiten Abschnitt der ersten öffnung hinein erstreckt.
2. Stauchmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstbohrende Befestiger nur die Werkstückextrusion in dem Bereich des ersten Armkörpers im Gewindeeingriff erfaßt und dann die öffnung in dem zweiten Armkörper im Gewindeeingriff erfaßt.
3. Stauchmutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-

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net, daß der zweite Arrakörper beim Anziehen des Befestigers in die öffnung des zweiten Armkörpers hinein in Richtung auf den ersten Armkörper durchgebogen wird, wobei die elastische Verbindung eine Verzögerung für den Befestiger gegenüber einem Zurückfallen nach außen bildet.
4. Stauchmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verhinderung einer Drehbewegung eine Anzahl Verzahnungen in der ersten öffneng aufweist.
5. Stauchmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verhinderung einer Drehbewegung eine Anzahl zahnartiger VorSprünge in der ersten öffnung aufweist.
6. Stauchmutter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen die zweite öffnung auf der von dem ersten Arm abgewendeten Seite umgebenden Wulst.
7. Werkzeug in Installieren einer Stauchmutter auf einen Basiskörper von einem zusammenhängenden

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Streifen derselben, gekennzeichnet durch einen ersten äußeren Kolben, der zur Ausführung einer Längsbewegung gelagert ist, einen zweiten inneren Kolben, der zur Ausführung einer Längsbewegung innerhalb eines Hohlraums in dem ersten Kolben gelagert ist, wobei der zweite Kolben Einrichtungen zum Durchstechen auf dem vorderen Ende einschließt, Zylindereinrichtungen mit dem zweiten Kolben verbunden und geeignet sind, den zweiten Kolben über eine die Länge des Hohlraums in dem ersten Kolben überschreitende Strecke zu bewegen, Gestängeeinrichtungen, welche schwenkbar mit dem Zylinder und mit einem Finger verbunden sind, sowie federbeaufschlagte Tauchkolbeneinrichtungen, die allgemein gegenüber dem ersten Kolben angeordnet sind, und Trenneinrichtungen, die im Bereiche des Tauchkolbens angeordnet sind.

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