DE3843909A1 - Befestigungselement zum verbinden duenner bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Verbinden dünner Bauteile, mit einer an dem der Setzrichtung abgewandten Ende einen Flansch aufweisenden Hülse, die von einem Dorn durchragt wird, der an seinem in Setzrichtung gesehen vor­ deren Ende einen die Hülse axial überragenden Stanzkopf auf­ weist, dessen Umfangskontur zumindest der Umfangskontur der Hülse entspricht.

Beim Verbinden dünner Bauteile, beispielsweise Bleche, kommt aufgrund der zumeist serienweise, in großer Anzahl anfal­ lenden Befestigungen vor allem der Wirtschaftlichkeit für die einzelnen Befestigungen hohe Bedeutung zu. Anstelle her­ kömmlicher Schraubverbindungen werden vergleichsweise weniger Zeitaufwand erfordernde Methoden bevorzugt.

So ist beispielsweise aus der DE-P 38 24 817 ein Befestigungs­ element bekannt, bei dem das aus einer Stauchhülse und einem Zugdorn mit Stanzkopf bestehende Element durch Schlagenergie in die Bauteile eingetrieben wird, wobei der Stanzkopf eine Ausnehmung zur Aufnahme des Befestigungselementes schafft. Während sich ein separates Erstellen einer Ausnehmung mit dem damit zusammenhängenden Aufwand erübrigt, ist der Ver­ fahrensablauf insoweit noch aufwendig, als nach dem Eintrei­ ben des Befestigungselementes mittels eines entsprechenden Werkzeugs der Zugdorn unter gleichzeitigem Gegenhalten der Stauchhülse zurückgezogen werden muß, um ein Aufweiten der Stauchhülse an der Rückseite der Bauteile zu erzielen.

Ferner ist aus der DE-OS 29 04 985 ein Spreizniet mit Hülse, Stanzstift und Treibstift entnehmbar. Dieser Spreizniet hat aufgrund seiner Mehrteiligkeit die Nachteile der Verlierbar­ keit einzelner Bestandteile, großer Baulänge und des Ver­ klemmens der Hülse bem Setzvorgang zufolge vorzeitiger Auf­ weitung im hinteren Bereich durch den Treibstift. Zudem be­ steht das Problem des gegenseitigen radialen Ausweichens der Stifte während des Einleitens der Schlagenergie.

Ein weiteres nietartiges Befestigungselement zeigt die DE-PS 19 27 065. Dieses Befestigungselement ist im wesent­ lichen als Hülse mit setzrichtungsseitig angeformter Spitze ausgebildet. Für den Setzvorgang wird das Befestigungselement mit Hilfe eines dornartigen Werkzeugs in Setzrichtung getrie­ ben, wobei die Spitze in den miteinander zu verbindenden dünnen Bauteilen eine Ausnehmung zur Aufnahme der Hülse stanzt. Nach dem Stanzvorgang wird die Spitze abgetrennt und die Hülse vom Dorn an der Rückseite der Bauteile gespreizt. Ein erhebliches Problem dieses Befestigungselementes besteht in der festigkeitsmäßigen Auslegung, da einerseits die Spit­ ze zur Erzielung von Stanzwirkung hart und andererseits die Hülse für die Spreizbarkeit plastisch verformbar sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungsele­ ment zum Verbinden dünner Bauteile zu schaffen, das sich durch einfache Ausbildung, zeitsparende und einfache Setz­ weise sowie wirtschaftliche Herstellbarkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgab dadurch gelöst, daß der Dorn in seinem rückwärts an den Stanzkopf anschließen­ den, die Hülse durchsetzenden Bereich einen sich in Setz­ richtung verjüngenden, umlaufend eingeschnürten, von einer korrespondierenden Innenkontur der Hülse umgebenen Abschnitt aufweist.

Die Hülse stützt sich mit der korrespondierenden Innenkontur im setzrichtungsseitigen Bereich an dem sich verjüngenden Abschnitt des Dornes, beispielsweise über die gesamte Um­ fangserstreckung, radial ab. Auf diese Weise ist die Hülse am Dorn nach rückwärts axial abgestützt. Die Anpassung der Hülse kann dabei durch Umformung des Wandbereiches oder innenseitige Materialversärkung erfolgen, um einen form­ schlüssigen Eingriff der Hülse in den sich verjüngenden Abschnitt zu erreichen.

Zum Setzen des Befestigungselementes wird beispielsweise mittels eines an sich bekannten pulverkraftbetriebenen, einen Treibkolben aufweisenden Gerätes Schlagenergie in den die Hülse axial überragenden Dorn eingeleitet. Der zweckmäßig die Form einer ogivalen Spitze aufweisende Stanzkopf durch­ dringt unter hoher Geschwindigkeit die miteinander zu verbin­ denden Bauteile und schafft eine dem Querschnitt des Stanz­ kopfes entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme der Hülse. Die Hülse läuft aufgrund der axialen Abstützung mit dem Dorn mit, bis der Flansch an der Oberseite der Bauteile aufläuft. Der Dorn setzt durch die eingeleitete Schlagenergie die Axialbewegung fort, so daß eine Relativverschiebung gegen­ über der Hülse erfolgt. Der sich in Setzrichtung verjüngende Abschnitt des Dornes spreizt dabei den setzrichtungsseitigen Bereich der Hülse an der Rückseite der Bauteile auf. Die zwischen Flansch und gespreiztem Bereich liegenden Bauteile werden damit zusammengehalten. Die Eintreibbewegung des Dor­ nes kann durch einen dem Stanzkopf abgewandten Kopf des Dor­ nes, der gegen den Flansch der Hülse läuft, begrenzt werden.

Mit Vorteil weist der sich verjüngende Abschnitt eine kegelige Kontur auf. Diese Ausbildung bietet nebst einfacher Herstellbarkeit denVorteil sich gleichmäßig vergrößernder Spreizkräfte.

Der Kegelwinkel der kegeligen Kontur des sich verjüngenden Abschnittes beträgt vorzugsweise 60° bis 100°. Ein Kegel­ winkel dieser Größe gewährleistet auf kurzem Axialweg hohe Spreizwirkung, ohne daß das Problem des Abreißens des vor­ deren Bereichs der Hülse entsteht.

Die größte radiale Erstreckung des sich verjüngenden Ab­ schnittes entspricht zweckmäßig dem 1,2- bis 2fachen der Wandstärke der Hülse. Dadurch wird einerseits eine zuverläs­ sige axiale Mitnahme der Hülse gewährleistet und anderer­ seits eine die Bruchgefährdung des Dornes erzeugende Schwä­ chung vermieden.

Zur axialen Festlegung kann die Hülse zusätzlich durch Punkt­ schweißen, Verstemmen oder dergleichen mit dem Dorn verbun­ den sein, wobei durch entsprechendes Dimensionieren solcher Verbindungen eine definierte Bruchlast erzielbar ist, die bei Auflaufen des Flansches an den Bauteilen überschritten wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel wiedergibt, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Befestigungselement im Längsschnitt;

Fig. 2 das Befestigungselement während des Setz­ vorganges;

Fig. 3 das Befestigungselement nach abgeschlosse­ nem Setzvorgang.

Das Befestigungselement besteht aus einer Hülse 1 und einem Dorn 2. Die Hülse 1 setzt sich aus einem Hohlschaft 3 und einem an dem der Setzrichtung abgewandten hinteren Ende des Hohlschaftes 3 angeformten Flansch 4 zusammen. Der Dorn 2 besteht im wesentlichen aus einem Stanzkopf 5 in Form einer ogivalen Spitze, an den sich entgegen der Setzrichtung ein Schaft 6 mit gegenüber dem Stanzkopf 5 kleinerem Durchmes­ ser anschließt. An das rückwärtige Ende des Schaftes 6 ist ein diesen radial überragender Kopf 7 angeformt. Der Dorn 2 durchsetzt mit dem Schaft 6 die Hülse 1 und überragt diese mit dem Stanzkopf 5 nach vorne und mit einem Teil des Schaftes 6 sowie dem Kopf 7 nach hinten. Der größte Durch­ messer der Umfangskontur des Stanzkopfes 5 entspricht, wie hier gezeigt, zumindest dem Außendurchmesser der Hülse 1, d. h. des Hohlschaftes 3.

Der Schaft 6 weist in seinem dem Stanzkopf 5 benachbarten Bereich einen sich in Setzrichtung verjüngenden Abschnitt A auf, der eine umlaufende kegelige Kontur bildet. Der Kegel­ winkel a beträgt in dem hier gezeigten Beispiel etwa 80°. Die radiale Erstreckung t des sich verjüngenden Abschnittes A entspricht etwa dem 1,5fachen der Wandstärke der Hülse 1.

Der sich verjüngende Abschnitt A bildet die hintere Schulter 6 a einer Einschnürung 6 b am Schaft 6. Die Einschnürung 6 b weist ferner einen achsparallelen Boden 6 c und eine vordere Schulter 6 d auf.

Der vordere Bereich des Hohlschaftes 3 der Hülse 1 weist eine in die Einschnürung 6 b eingeformte korrespondierende Innenkontur 3 a auf. Die Innenkontur 3 a liegt dabei radial sowohl an der hinteren Schulter 6 a als auch am Boden 6 c und an der vorderen Schulter 6 d auf. Das vordere Ende des Hohl­ schaftes 3 ist durch eine Punktschweißung 8 mit definier­ ter, beim Setzvorgang überschreitbarer Festigkeit mit dem Dorn 2 auch stoffschlüssig verbunden.

Zum Setzen des Befestigungselementes bzw. zum Verbinden zwei­ er dünner Bauteile 11, 12 wird in das Befestigungselement unter Abstützen an den Bauteilen 11, 12, beispielsweise mit Hilfe eines pulverkraftbetriebenen Setzgerätes, Schlagener­ gie eingeleitet. Der Dorn 2 durchdringt dadurch mit dem Stanzkopf 5 die Bauteile 11, 12 und schafft eine Ausnehmung 13 für die mit dem Dorn 2 mitlaufende Hülse 1. Das Mitlaufen der Hülse 1 wird durch Abstützung der Innenkontur 3 a an der hinteren Schulter 6 a des Dornes 2 bewirkt. Die Punktschwei­ ßung 8 bildet eine Sicherung gegen ein allfälliges Verschie­ ben der Hülse 1 auf dem Dorn 2 während des Einlaufens in die Ausnehmung 13. Nachdem der Hohlschaft 3 der Hülse 1 mit dem vorderen, die radial nach innen gerichtete Innenkontur 3 a aufweisenden Bereich die Rückseite des setzrichtungsseitigen Bauteiles 12 überfahren hat, läuft der Flansch 4 an der Vor­ derseite des anderen Bauteiles 11 auf, wie dies die Fig. 2 zeigt. Die Hülse 1 wird dadurch gestoppt. Zufolge der Massen­ trägheit oder weiterer vorhandener Treibenergie des Setzge­ rätes wird alsdann die durch die Punktschweißung 8 gegebene Verbindung mit definierter Bruchlast zerstört und der Dorn 2 läuft in Setzrichtung relativ zur Hülse 1 weiter, bis der Kopf 7 am Flansch 4 aufschlägt (Fig. 3).

Mit beginnendem Verschieben des Dornes 2 gegenüber der Hülse 1 kommt es zu einem Auslenken der radial nach innen gerichte­ ten Innenkontur 3 a des Hohlschaftes 3 durch die hintere Schul­ ter 6 a des Dornes 2. Der die besagte Innenkontur 3 a aufweisen­ de Bereich des Hohlschaftes 3 wird so unter teilweiser Verfor­ mung radial ausgelenkt und hintergreift zum Verbindungszwecke die Rückseite des setzrichtungsseitigen Bauteiles 2. Der Dorn 2 verbleibt zweckmäßig in der eingetriebenen Stellung gemäß Fig. 3, um eine Rückverformung des ausgelenkten Be­ reiches der Hülse 1 zu verhindern.

Claims (4)

1. Befestigungselement zum Verbinden dünner Bauteile (11, 12), mit einer an dem der Setzrichtung abgewandten Ende einen Flansch (4) aufweisenden Hülse (1), die von einem Dorn (2) durchragt wird, der an seinem in Setzrichtung gesehen vorderen Ende einen die Hülse axial überragenden Stanzkopf (5) aufweist, dessen Umfangskontur zumindest der Umfangskontur der Hülse (1) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (2) in sei­ nem rückwärts an den Stanzkopf (5) anschließenden, die Hülse (1) durchsetzenden Bereich einen sich in Setz­ richtung verjüngenden, umlaufend eingeschnürten, von einer korrespondierenden Innenkontur (3 a) der Hülse (1) umgebenen Abschnitt (A) aufweist.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der sich verjüngende Abschnitt (A) eine kegelige Kontur aufweist.

3. Befestigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kegelwinkel (a) der kegeligen Kon­ tur des sich verjüngenden Abschnittes (A) 60° bis 100° beträgt.

4. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größte radiale Er­ streckung (t) der Verjüngung dem 1,2- bis 2fachen der Wandstärke der Hülse (1) entspricht.