DE68908903T2

DE68908903T2 - Verfahren zum Befestigen eines Elementes an einer Tafel.

Info

Publication number: DE68908903T2
Application number: DE89100635T
Authority: DE
Inventors: Harold A Ladouceur
Original assignee: Multifastener Corp
Current assignee: Multifastener Corp
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1989-01-14
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2009-01-15
Also published as: US4825527A; DE68908903D1; EP0325978B1; EP0325978A1; ES2042808T3; CA1318778C

Description

Gebiet und Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, ein Selbst-Niet-Element dauerhaft an eine Tafel in einem Gesenkglied anzubringen, wobei das Selbst-Niet-Element einen einstückigen röhrenförmigen Buchsenteil aufweist, der interne und externe Oberfläche und ein freies offenes Ende hat, das Gesenkglied einen ringförmigen, konkaven Gesenkhohlraum aufweist, der einen zentralen Gesenkpfosten umgibt, der eine externe Oberfläche aufweist, die in eine Bodenoberfläche des konkaven ringförmigen Gesenkhohlraumes hinein übergeht, und der Gesenkpfosten einen einem inneren Durchmesser der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils im allgemeinen gleichen externen Durchmesser hat, wobei die Anbringung durchgeführt wird, indem
(a) das freie Ende des röhrenförmigen Buchsenteils durch eine in der Tafel gebildete Öffnung getrieben wird, wobei die Öffnung im allgemeinen mit dem Gesenkglied-Zentralpfosten koaxial ausgerichtet ist; und
(b) die innere Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils gegen die äußere Oberfläche des Gesenkpfostens und dann gegen die konkave Gesenkhohlraum-Bodenoberfläche getrieben wird, wodurch ein mechanischer Zusammenschluß zwischen dem röhrenförmigen Buchsenteil und der Tafel gebildet wird.
Ein neues Anbringungssystem wurde vor kurzem primär für kraftfahrzeugartige Anwendungen entwickelt, bekannt als das "PIERCEFORM"-Befestigungssystem. Dieses Anbringungssystem wird verwendet, um dauerhaft männliche und weibliche Befestigungselemente wie Bolzen und Muttern an eine Metalltafel in einer Presse anzubringen, die mehrere Tonnen an Anbringungskraft erzeugt. Die selbstanbringenden Elemente umfassen eine ringförmige oder röhrenförmige Buchse, welche vorzugsweise durch die Tafel gestoßen und in einem Gesenkglied aufgenommen wird, welches das freie Ende der Buchse radial nach außen zu einer Kanalform deformiert, welche die durchstoßene Kante der Tafel aufnimmt und sicher zurückhält. Die Tafel kann jedoch vor-durchstoßen sein oder während der Anbringung durch eine Druckplatte gleichzeitig durchstoßen werden, die durch die Buchse eines Befestigers weiblichen Typus aufgenommen wird. Das Anbringungssystem kann auch verwendet werden, um andere Elemente an eine Metalltafel anzubringen, inkl. Kugelzapfen, Schließbeschlägen u.dgl.
Das "PIERCEFORM"-Befestigungssystem ist besonders für die Massenproduktionsanwendungen geeignet, wie die von der Kraftfahrzeug- und Geräteindustrie verwendeten, um strukturelle Elemente zu verbinden, die eine hohe Integrität der gebildeten Verbindung zwischen dem selbstanbringenden Element und der Metalltafel erfordern. Die selbstanbringenden Elemente können auch gleichzeitig in einer für die Bildung der Tafel oder des strukturellen Elementes benützten Gesenkpresse angebracht werden.
In den bevorzugtesten Anwendungen wird das freie Ende der Buchse radial nach außen in einen U- oder hakenförmigen Kanal deformiert, und der durchstoßene Rand der Tafel wird gleichzeitig zu der sich entwickelnden U-Form deformiert, wobei vorzugsweise der Kanal wesentlich gefüllt und ein fester mechanischer Zusammenschluß gebildet wird. In vielen Anwendungen des "PIERCEFORM"-Bolzens ist z.B. die Stärke der Verbindung größer als die Zugstärke des Bolzens. Beispiele der "PIERCEFORM"-Anbringungsysteme sind in den US-Patenten Nr. 4 459 073, 4 543 701, 4 555 838, 4 610 072, 4 633 560, 4 711 021 und 4 713 872 offenbart, von denen alle dem Zesionär der vorliegenden Anmeldung erteilt wurden.
Im Augenblick liegt in einer typischen Anwendung des "PIERCEFORM"-Systems die erforderte Anbringungskraft zwischen 10 und 20 kN (Tonnen). Wie zu verstehen sein wird, sind die Orientierung des selbstanbringenden Elementes und des Gesenkgliedes und sehr enge Toleranzen sehr wichtig, um eine gute Anbringung zu erzielen. Die Anbringungskraft, die aus den für das Durchstoßen, die Bildung der Buchse und das Richten der Tafel erforderlichen Kräfte zusammengesetzt ist, hat eine sehr erhebliche Reibung zwischen der Buchse und dem selbstanbringenden Element, dem Gesenkhohlraum und der Tafel zur Folge. In einer typischen Anwendung des "PIERCEFORM"-Strebebolzens kann zum Beispiel der Druck zwischen der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils und den Gesenkoberflächen über 772 N/mm² (50 Tonnen pro Quadratinch) betragen. Die durch diesen Druck erzeugte Reibungskraft hat manchmal den Zusammenbruch der Buchse oder Strebe, dürftige oder unvollständige Anbringungen und Spannungserhöhungen oder Mängel zur Folge, welche die Integrität der Verbindung signifikant vermindern. Zahlreiche Ansätze sind durchgeführt worden, um diese Probleme zu lösen einschließlich Orientierungsmitteln, engen Toleranzen, Materialien und des Überziehens der Gesenkoberflächen und verschiedener Überzüge auf dem selbstanbringenden Element, einschließlich Schmiermitteln auf Erdölbasis, inkl. von Kerosin und Öl, der Phosphatierung des selbstanbringenden Elementes mit einem Überzug aus Öl, Molybdändisulfidüberzügen und weißem Lithiumfett. Das Überziehen der Gesenkoberflächen ist nicht erfolgreich gewesen, weil die Reibung zwischen der Buchse und den Gesenkoberflächen, die durch die hohen Kontaktdrücke verursacht wird, das Schmiermittel nach ein paar Anbringungen entfernt. Weiter sind die oben erwähnten Schmiermittel wegen der sehr hohen Kontaktdrücke zwischen der Befestigerbuchse und dem Gesenkelement nicht erfolgreich gewesen. So gibt es einen erheblichen Bedarf, das Verfahren der Anbringung selbstnietender Befestiger des oben beschriebenen Typus zu verbessern, was die Probleme des Buchsenzusammenbruchs, unvollständiger Anbringungen und der Spannungserhöher vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Verfahren der Anbringung eines Selbst-Niet- oder Selbst- Durchstoß-und-Niet-Elementes an eine Tafel dieser Erfindung wird gekennzeichnet durch die Überziehung zumindest der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils mit einem festen Fluorkohlenstoffschmierüberzug vor den Schritten (a) und (b). Der Überzug kann durch Sprühen, Überziehen, Eintauchen oder andere herkömmliche Methoden aufgebracht werden, worin der Fluorkohlenstoff normalerweise in einem flüchtigen Träger suspendiert ist und ausgehärtet wird. Wie beschrieben weist das Selbst-Niet-Element einen ringförmigen oder röhrenförmigen Buchsenteil mit inneren und äußeren Oberflächen und einem freien offenen Ende auf. Der Buchsenteil wird in einem Gesenkglied mit einem ringförmigen, konkaven Gesenkhohlraum angebracht, der einen Zentral-Gesenkpfosten umgibt. Vorzugsweise hat der Gesenkpfosten eine bogenförmige, konkave äußere Oberfläche, welche glatt in die konkave bogenförmige Bodenoberfläche des ringförmigen Gesenkhohlraumes hinein übergeht. Der Gesenkpfosten hat einen vorzugsweise seinem oberen Ende benachbarten Durchmesser, welcher im allgemeinen einem inneren Durchmesser des röhrenförmigen Buchsenteils gleich ist. Wie zu verstehen sein wird, kann das röhrenförmige Buchsenteil kreisförmig oder anderer röhrenförmiger Ausbildungen sein und die verbindenden Gesenkoberflächen sollten der Form des röhrenförmigen Buchsenteils entsprechen.
Das Verfahren dieser Erfindung umfaßt dann das Überzeihen zumindest der inneren Oberfläche des Buchsenteils mit einem Fluorkohlenstoffüberzug. Das Verfahren umfaßt dann, daß das freie Ende des röhrenförmigen Buchsenteils durch eine in der Platte gebildete Öffnung getrieben wird, die im allgemeinen mit dem Zentralpfosten des Gesenkgliedes koaxial ausgerichtet ist. Vorzugsweise weist das freie Ende des Buchsenteils eine Durchstoßoberfläche auf und die Tafelöffnung wird dann gebildet, indem die Durchstoßoberfläche am freien Ende des Buchsenteils gegen die Tafel getrieben wird, um die Tafelöffnung zu durchstoßen. In alternativer Weise kann die Tafelöffnung gleichzeitig mit der Anbringung durch einen Preßstempel oder eine Druckplatte gebildet werden, welcher oder welche durch die Bohrung eines Befestigers weiblichen Typus aufgenommen wird, oder die Tafelöffnung kann vor der Anbringung gebildet werden, insbesondere bei Tafeln dicken Blechs.
Die fluorkohlenstoff-überzogene innere Oberfläche des Buchsenteils wird dann gegen die äußere Oberfläche des Führungspfostens getrieben, was das freie Ende radial nach außen ausdehnt. Die Buchse wird dann gegen die konkave Bodenoberfläche des Gesenkhohlraumes getrieben, was vorzugsweise ein kanalförmiges Endteil auf dem Buchsenteil bildet. Die Tafel wird dann simultan in das in der Buchse gebildete kanalförmige Endteil hinein getrieben, was einen der Öffnung benachbarten Tafelteil einschließt und einen festen mechanischen Zusammenschluß bildet. In der bevorzugtesten Ausführungsform ist das in der Buchse gebildete kanalförmige Endteil im allgemeinen U-förmig im Querschnitt und die Tafel wird in den U-förmigen Kanal hineingetrieben, um den Kanal im wesentlichen auszufüllen. Vorzugsweise umfaßt das Selbst- Niet-Element auch einen Körperteil mit einer Auflage- oder Mitnahmewand, die sich transversal zu der Achse des röhrenförmigen Buchsenteils erstreckt und welche den Tafelteil in den sich entwickelnden U-förmige Kanal am freien Ende des Buchsenteils hinein treibt.
Weil Reibungskräfte auch zwischen dem der Tafelöffnung benachbarten Tafelteil und der äußeren Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils entwickelt werden, wenn der Tafelteil in den sich entwickelnden kanalförmigen Buchsenteil hineingetrieben wird, umfaßt das bevorzugte Verfahren dieser Erfindung das Überziehen zumindest der inneren und äußeren Oberflächen des Buchsenteils mit dem Fluorkohlenstoffüberzug. Es ist gefunden worden, daß dieses Verfahren eine vollständigere Einfüllung der Tafel in den deformierten Endteil der Buchse zur Folge hat, besonders wo die Buchse zu einem U-förmigen Kanal gebildet wird. So hat das Überziehen der inneren und äußeren Oberfläche des Buchsenteils der selbstbefestigenden Elemente eine verbesserte Anbringung zur Folge und verringert die Befestiger-Deformation. Unerwarteterweise hat die verbesserte Einfüllung des Buchsenkanal einen verbesserten Drehmoment-Widerstandswert zur Folge, obwohl der Fluorkohlenstoff-Schmierüberzug am Platz bleibt. Weiter hat die resultierende Verbindung verbesserte Abdichteigenschaften, was besonders in Kraftfahrzeuganwendungen, wie Ölwannen, Benzintanks und Feuerwänden wichtig ist. Es ist in vielen Anwendungen als praktischer gefunden worden, das ganze selbstanbringende Element mit dem Fluorkohlenstoffüberzug zu überziehen. In solchen Anwendungen ist der Fluorkohlenstoffüberzug vorzugsweise klar oder durchsichtig, weil es in vielen Befestigeranwendungen wichtig ist, die Erscheinung des Befestigers nicht zu verändern, so wie da, wo der Befestiger mit Glanzzink oder -chrom überzogen ist.
Die Aufbringung eines dünnen Fluorkohlenstoffüberzugs an ein selbstanbringendes Element hat auch weitere Vorteile zur Folge gehabt. Wie zu verstehen sein wird, wird der Fluorkohlenstoffüberzug vorzugsweise so dünn wie möglich sein, um die Kosten zu reduzieren. In einer typischen Anwendung wird der Überzug eine Dicke zwischen ungeführ 0,0025 und 0,01 mm (0,0001 und 0,0004 inch), vorzugsweise mindestens ungefähr 0,005 mm (0,0002 inch), haben. In solchen Anwendungen kann der Überzug unvollständig sein oder Öffnungen oder Lücken aufweisen. Es ist gefunden worden, daß jede Anbringung des selbstanbringenden Elementes das Wischen des Fluorkohlenstoffschmiermittels in den Gesenkhohlraum hinein zur Folge hat, was einen Überrest von Fluorkohlenstoffschmiermittel auf den Gesenkoberflächen zur Folge hat. In solchen Anwendungen wird der Überrest des Fluorkohlenstoffüberzuges auf den Gesenkformoberflächen ausreichend sein, um Öffnungen in dem Überzug auf dem Buchsenteil zu verschließen oder nicht überzogene selbstanbringende Elemente anzupassen. So ist es nicht nötig, jedes Selbst-Niet- oder Selbst-Durchstoß- und -Niet-Element unter Verwendung des Verfahrens dieser Erfindung zu überziehen.
Andere Vorteile und verdienstvolle Merkmale des Verfahrens dieser Erfindung werden vollständiger zu verstehen sein aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen, den angehängten Ansprüchen und den Zeichnungen, von denen eine kurze Beschreibung folgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine zum Teil quergeschnittene Seitenansicht eines typischen strebenartigen Selbst- Durchstoß- und -Niet-Elementes, worin der Buchsenteil mit einem Fluorkohlenstoffüberzug Überzogen ist;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Strebenbefestigers während der Anbringung des Strebenbefestigers in eine Tafel, und zwar vor dem Durchstoßen der Tafel;
Fig. 3 und 4 veranschaulichen die Abfolge des Anbringungsverfahrens der Ausführung des in Fig. 1 gezeigten strebenartigen Befestigers;
Fig. 5 ist eine partiell quergeschnittene Seitenansicht der abgeschlossenen Anbringung des in Fig. 1 gezeigten strebenartigen Befestigers;
Fig. 6 ist eine partiell quergeschnittene Seitenansicht eines über ein alternatives Verfahren dieser Erfindung angebrachten mutter-artigen Befestigers, worin der gesamte Befestiger mit einem Fluorkohlenstoffüberzug Überzogen ist;
Fig. 7 und 8 sind ähnlich zu Fig. 6 und veranschaulichen weitere Schritte in dem Verfahren der Anbringung des mutter-artigen Befestigers; und
Fig. 9 ist eine Quergeschnitts-Seitenansicht, die die abgeschlossene Anbringung des in den Fig. 6 und 7 gezeigten mutter-artigen Befestigers veranschaulicht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele des Verfahrens dieser Erfindung

Die Fig. 1 veranschaulicht einen strebenartigen Befestiger oder Bolzen, der für den Gebrauch in dem in den Fig. 2 bis 5 veranschaulichten Verfahren dieser Erfindung geeignet ist. Es sollte auch Bezug zu dem US-Patent Nr. 4 555 838 genommen werden. Der in Fig. 1 veranschaulichte Strebenbolzen 20 umfaßt einen Kopf- oder Körperteil 22, einen mit Gewinde versehenen Schaft 24 und einen ringförmigen oder röhrenförmigen Buchsenteil 26. Wie zu verstehen sein wird, kann das ringförmige oder röhrenförmige Buchsenteil zylindrisch oder andersartig gestaltet sein, um sich an eine bestimmte Anwendung anzupassen. Der röhrenförmige Buchsenteil 26 umfaßt eine äußere Oberfläche 28 und ein freies Ende 30, welches vorzugsweise bogenförmig ist, um eine Zugoberfläche während der Anbringung des selbstanbringenden Elementes im Nachfolgenden zur Verfügung zu stellen. Das freie Ende 30 des Buchsenteils ist offen und der Buchsenteil umfaßt eine Vertiefung oder Öffnung 32 mit einer inneren Oberfläche 34 von im allgemeinen derselben Anordnung wie die äußere Oberfläche 28. Das freie Ende 30 in den offenbarten Ausführungsbeispielen weist eine Durchstoß-Oberfläche 36 auf und die Öffnung 32 in den offenbarten Ausführungsbeispielen beinhaltet eine Bodenwand 38.
Der Kopf- oder Körperteil 22 des offenbarten Ausführungsbeispieles umfaßt eine obere Oberfläche 40, welche als eine getriebene oder drückende Oberfläche während der Anbringung des selbstanbringenden Elementes dient, die Bodenoberfläche 42, welche als eine Mitnehmerfläche dient, und eine Seitenoberfläche 44. Wie aus der folgenden Beschreibung des Anbringungsverfahrens vollständiger zu verstehen sein wird, sind die Arbeitsoberflächen des selbstanbringenden Elementes vorzugsweise bogenförmig, wie die bogenförmige Oberfläche 46, die die Seitenoberfläche 44 und die Mitnehmerfläche 42 verbindet.
Wie in dem oben genannten US-Patent, das dem Zessionär der vorliegenden Anmeldung erteilt wurde, vollständiger offenbart ist, ist die offenbarte Ausführung des Strebebolzens 20 besonders für Massenproduktionsanwendungen entworfen, worin ein oder eine Reihe von selbstanbringenden Elementen an eine Metalltafel angebracht werden, vorzugsweise in einer mehrere Tonnen von Anbringungskraft erzeugenden Gesenkpresse. Derartige Pressen werden normalerweise von der Kraftfahrzeugindustrie verwendet, z.B., um strukturelle Elemente zu bilden, die Rahmenglieder und Körpertafeln umfassen. Die selbstanbringenden Elemente können in der Metalltafel gleichzeitig mit der Bildung der Tafel angebracht werden, worin die Anbringungswerkzeuganordnung in die Gesenkformglieder hinein eingebaut ist. In einer typischen Anwendung einer M6-Strebe z.B., die ein 6 Millimeter Gewinde aufweist, beträgt die erforderliche Anbringungskraft ungefähr 12 kN (Tonnen). Weiter nimmt die erforderte Anbringungskraft, welche die Kräfte umfaßt, die erforderlich sind, um die Tafel zu durchstoßen, den Buchsenteil zu formen und die Tafel auszurichten, wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, mit der Größe des selbstanbringenden Elementes zu. Eine M8-Strebe erfordert gegenwärtig eine Anbringungkraft von ungefähr 15 kN (Tonnen) und eine M10-Strebe erfordert eine Anbringungskraft von ungefähr 17 kN (Tonnen). Wo die Fläche der inneren Oberfläche des Buchsenteils ungefähr 1,3 cm² (zwei Zehntel eines Quadratinch) beträgt, ist die während der Anbringung erzeugte Reibung ungefähr fünfmal der Anbringungskraft, oder ungefähr 927 bis 1360 N (60 bis 90 Tonnen pro Quadratinch). Manchmal werden während der Anbringung Funken erzeugt. Wie oben dargestellt, erfordert die Anbringung weiter die sehr akkurate Ausrichtung des selbstanbringenden Befestigers und des Gesenkformgliedes und die Toleranzen werden extrem kritisch. Diese Probleme haben den Zusammenbruch des Buchsenteils 26 zur Folge gehabt, was die unvollständige Bildung des mechanischen Zusammenschlusses zwischen dem Buchsenteil und der Tafel, den Zusammenbruch des Strebenteils und Mängel in dem ringförmigen Buchsenteil 26 und dem Kopf- oder Körperteil 22 zur Folge hat. Diese Mängel und die unvollständige Bildung des mechanischen Zusammenschlusses können die inadäquate Ausziehstärke des Zusammenbaus zur Folge haben. Wie oben dargestellt, wird weiter die Torsionsstärke der Verbindung materiell ungünstig beeinflußt. So sind verschiedene Versuche durchgeführt wurden, um die Reibung zu verringern, einschließlich des Überziehens der Gesenkformoberflächen und der selbstanbringenden Befestiger. Wie oben beschrieben, ist das Überziehens der Gesenkformoberfläche wegen der extremen Reibungskräfte nicht erfolgreich gewesen, welche den Überzug entfernen und herkömmliche Überzüge des selbstanbringenden Elementes sind entweder unpraktisch oder nicht erfolgreich gewesen. Zum Beispiel wird ein Titancarbidüberzug innerhalb einiger weniger Anbringungen entfernt.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung werden die kritischen Oberflächen des selbstanbringenden Elementes 20 mit einem festen Fluorkohlenstoff-Schmierüberzug überzogen, welche die Reibungskräfte signifikant vermindert, die erforderte Anbringungskraft, die für das Prägen erforderlich ist, verringert und die Probleme des Buchsen- und Strebenzusammenbruchs, der unvollständigen Bildung des mechanischen Zusammenschlußes und der Mängel in den Buchsen- und Körperteilen beseitigt. Der Fluorkohlenstoffüberzug verdoppelt auch den durchschnittlichen Drehmomentwiderstandswert gegen das Drehen des Befestigers in der Tafel und dichtet die Verbindung. Weiter wird, wie oben beschrieben, der Fluorkohlenstoffüberzug auf dem selbstanbringenden Befestiger kontinuierlich auf die Gesenkformoberflächen aufgewischt, was die Wahrscheinlichkeit eines Problems weiter vermindert. In den bevorzugtesten Anwendungen ist der Fluorkohlenstoffüberzug relativ dünn, um die Kosten zu reduzieren, und klar oder durchsichtig, um zu vermeiden, daß die Erscheinung des Befestigers geändert wird, was in bestimmten Anwendungen wichtig sein kann.
In Fig. 1 sind die Buchsen- und Körperteile 26 bzw. 22 in ein fluides Fluorkohlenstoffüberzugsmaterial 48 hinein eingetaucht, was einen Überzug 50 zur Verfügung stellt, welche die Boden- und Seitenoberflächen, 42 bzw. 44 des Körperteils 22 und die Innenseiten- und Außenseitenoberflächen 34 und 28 des Buchsenteils bedeckt. Wie aus der folgenden Beschreibung des in den Fig. 2 und 5 gezeigten Anbringungsverfahren vollständiger zu verstehen sein wird, ist die Innenseitenoberfläche 34 des Buchsenteils 26 die primäre Oberfläche, welche mit dem Fluorkohlenstoffschmierüberzug überzogen werden muß. Ein geeignetes Fluorkohlenstoffüberzugsmaterial ist "Tiolon A20", welches ein lufttrocknendes Polytetrafluorethylenschmiermittel ist, das in einem schnelltrocknenden thermoplastischen Harz suspendiert ist, erhältlich von der Tiodize Co. Inc. aus Huntington Beach, Kalifornien. Der Fluorkohlenstoffüberzug kann auf die Oberflächen eines selbstanbringenden Befestigers, der extremer Reibung ausgesetzt ist, über jedes geeignete Mittel aufgebracht werden, einschließlich des Eintauchens wie in Fig. 1 gezeigt, Anstreichens oder Besprühens. Der Aufbringung des Überzugs 50 folgend, kann der Überzug luftgetrocknet und ausgehärtet werden, und zwar mit oder ohne Hitze. Ein geeigneter Fluorkohlenstoffüberzug hat eine Dicke von ungefähr 0,0025 bis 0,25 mm (0,0001 bis 0,010 inch); jedoch ist die bevorzugte Dicke 0,005 bis ungefähr 0,01 mm (0,0002 bis ungefähr 0,0004 inch). Die Mindestdicke des Fluorkohlenstoffüberzug wird von der speziellen Anwendung abhängen und davon, ob ein Überzug auf jedem selbstanbringenden Element verwendet wird. Die maximale Dicke des Überzugs ist primär auf die Kosten bezogen. Andere Fluorkohlenstoffüberzüge können ebenfalls verwendet werden. Wie zu verstehen sein wird, ist die Dicke des Überzugs 50 in den Zeichnungen übertrieben worden.
Dem Überziehen der kritischen Oberflächen des selbstanbringenden Elementes 20 folgend, kann das Element auch über das in den Fig. 2 bis 5 veranschaulichte Verfahren angebracht werden. Das Anbringungsgerät umfaßt ein Gesenkformglied 52 mit einer tafeltragenden Oberfläche 54, die einen röhrenförmigen Gesenkformhohlraum 56 umgibt, welcher einen zentralen Gesenkformpfosten 58 umgibt. In der offenbarten Ausführung des Gesenkformgliedes umfaßt der zentrale Gesenkformpfosten 58 eine konische obere Oberfläche 60, die von einem durchstoßenden Rand 62 umgeben ist und eine radial nach außen gebogene äußere Oberfläche 64 beinhaltet, welche in die bogenförmige Bodenoberfläche 66 des Gesenkformhohlraums hinein übergeht. Die Druckplatte oder der Preßstempel 68 umfaßt eine Öffnung 70, welche den Schaft 24 des selbstanbringenden Elementes aufnimmt und eine Bodenoberfläche 72, welche gegen die Mitnehmeroberfläche des Körperteils 22 des selbstanbringenden Elementes lagert.
Wie in dem oben Bezug genommenen US-Patenten vollständiger beschrieben, ist die Druckplatte 68 umgekehrt bezüglich des Gesenkformgliedes 52 und eine Tafel 74 wird in fester Beziehung auf der tafeltragenden Oberfläche 54 getragen, welche vorzugsweise den Gesenkformhohlraum 56 umgibt. Während der Anbringung wird das freie Ende 30 des Buchsenteils 26 zuerst durch die Druckplatte 68 gegen die Tafel getrieben, was die Tafel 74 in die Gesenkformhohlrauems 56 gegen die konische Oberfläche 60 des Zentralpfostens 58, wie in Fig. 2 gezeigt, hineintreibt. Die Tafel 74 wird dann über die durchstoßende Oberfläche 36 an dem freien Ende 30 des Buchsenteils in Zusammenwirkung mit dem kreisförmigen Durchstoßrand 62 des Gesenkformpfostens durchstoßen, was einen Tafelanpaßkörper 76 bildet, welcher auf der oberen Oberfläche 60 des Gesenkformpfostens empfangen und davon getragen wird, und zwar innerhalb der Öffnung 32 im Buchsenteil, wie in Fig. 3 gezeigt. Die innere Oberfläche 34 wird gleichzeitig gegen die äußere Oberfläche 64 des zentralen Gesenkformpfostens aufgenommen, was das freie Ende des röhrenförmigen Buchsenteils vergrößert, und der dem durchstoßenen Tafelrand benachbarte Tafelteil 78 wird gegen die äußere Oberfläche 28 des Buchsenteils getrieben, wie in Fig. 3 gezeigt.
Wenn das Buchsenteil weiter in den Gesenkformhohlraum hinein getrieben wird, wird das freie Ende 30 radial nach außen gegen die äußere Oberfläche 64 des Zentralpfostens und die Bodenoberfläche 66 des Gesenkformhohlraumes zu einer im allgemeinen hakenförmigen Gestalt deformiert, wie in Fig. 4 gezeigt. Weiter wird der Tafelteil 78 gleichzeitig zu dem sich entwickelnden hakenförmigen Endteil 26a des Buchsenteils über die bogenförmige Oberfläche 46 des Körperteils 22 deformiert. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen die Prägung des freien Endes des Buchsenteils. Wie nun zu verstehen sein wird, wird der von der Druckplatte 68 zur Verfügung gestellten axialen Kraft durch die Reibung der inneren Oberfläche 34 des Buchsenteils gegen die äußere Oberfläche 64 des zentralen Pfosten und der Bodengesenkformoberfläche 66 widerstanden, welche durch die Ringspannung des ringförmigen Buchsenteils erhöht wird. Wie oben beschrieben, ist die Reibungskraft, die sich der beabsichtigten Deformation des Buchsenteils widersetzt, ausreichend, um einen Buchsenzusammenbruch zur Folge zu haben; jedoch ist in dem Verfahren dieser Erfindung die innere Oberfläche 34 des Buchsenteils mit einem Fluorkohlenstoffüberzug 50 überzogen, welche den Reibungswiderstandswert und die erforderte Anbringungskraft signifikant verringert, was die oben beschriebenen Probleme beseitigt.
Fortgesetztes Treiben des selbstanbringenden Elementes 20 durch die Druckplatte 68 vervollständigt die Anbringung wie in Fig. 5 gezeigt, worin das Buchsenteil zu einem U-förmigen Querschnitt 26a deformiert worden ist und das Tafelteil in den Kanal 26a hinein deformiert wurde und diesen im wesentlichen vollständig füllt, wie bei 78a gezeigt. Wo die äußere Oberfläche des Buchsenteils mit einem Fluorkohlenstoffüberzug Überzogen worden ist, ist die Füllung des kanalgeformten Buchsenteils 26a im wesentlichen vollständig wie in Fig. 5 gezeigt. Jedoch kann, wo das Buchsenteil nicht überzogen wurde, die Tafel möglicherweise die kanalförmige Buchse nicht vollständig füllen. Weiter wird die Mitnehmeroberfläche 42 des Körperteils gegen das Tafelteil 78a getrieben, was den Tafelteil 78a in den kanalförmigen Buchsenteil 26a einriegelt, was einen sehr festen mechanischen Zusammenschluß bildet. Das Austesten hat gezeigt, daß der Fluorkohlenstoffüberzug die Ausziehstärke des selbstanbringenden Elemente 20 nicht wesentlich ungünstig beeinflußt, aber wesentlich die Integrität der Verbindung verbessert, wie oben beschrieben. Schließlich wird der Fluorkohlenstoffüberzug auf die Gesenkformoberflächen mit jeder Anbringung aufgewischt, was das Problem der Einschlüsse in dem Fluorkohlenstoffüberzug beseitigt und die Forderung beseitigt, jedes selbstanbringende Element zu überziehen.
Die Fig. 6 bis 9 veranschaulichen das Verfahren dieser Erfindung, das ein mutter-artiges selbstanbringendes Element verwendet. Bezug sollte nun zu dem US-Patent Nr. 4 610 072 genommen werden. Wie in den Fig. 6-9 gezeigt ist, umfaßt das mutter-artige selbstanbringende Element 80 einen Körperteil 82 mit einer mit einem Gewinde versehenen Bohrung 84, einen konzentrischen Buchsenteil 86 mit einem freien offenen Ende 88 und innere und äußere Oberflächen, 90 bzw. 92. Vor der Anbringung wurden die Oberflächen des mutter-artigen Befestigers 80 mit einem Fluorkohlenstoffüberzug 93 überzogen, indem das ganze selbstanbringende Element in ein fluides Fluorkohlenstoffmaterial mit einem flüchtigen Träger eingetaucht wurde, wie oben beschrieben. Dem Trocknen und Aushärten des Fluorkohlenstoffüberzugs folgend, wird der Befestiger wie in den Fig. 6 bis 9 angebracht. Wie gezeigt, wird das mutter-artige Selbstanbringungselement in einem Gesenkformglied 94 mit einer tafeltragenden Oberfläche 96 angebracht, die einen ringförmigen Gesenkformhohlraum 98 umgibt, welcher einen zentralen Gesenkpfosten 100 mit einer axialen Bohrung 102 umgibt, die koaxial mit der Bohrung 84 des mutter-artigen Befestigers 80 ausgerichtet ist. Eine Tafel 104 wird in befestigter Beziehung auf der tafeltragenden Oberfläche 96 des Gesenkformgliedes getragen. Der mutter-artige Befestiger 80 wird nach unten durch eine Druckplatte 106 getrieben und ein Gesenk oder ein Preßstempel 108 wird durch die Mutterbohrung aufgenommen, um die Tafel zu durchstoßen wie unten beschrieben. Die Mutter, das Gesenk und die Druckplatte werden in einem Arbeitsendeglied 110 mit einer Öffnung oder Bohrung 112 getragen, welche das mutter-artige selbstanbringende Element 80 dort hindurch aufnimmt und welches die Tafel 104 auf der tafeltragenden Oberfläche 96 festhält.
Während der Anbringung wird das Gesenk 108 erst nach unten getrieben, wie in Fig. 6 gezeigt, um die Tafel in die Gesenkformöffnung gegen die äußere Oberfläche des zentralen pfostens 100 zu treiben, was die Tafel, wie in Fig. 6 vorbelastet. Dann durchstößt das Gesenk 108 einen Anpaßkörper 114 aus der Tafel, welche durch die Gesenkformbohrung 102 aufgenommen wird, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Druckplatte 106 treibt dann das freie Ende 83 des selbstanbringenden Elementes gegen die bogenförmige äußere Oberfläche des zentralen Gesenkformpfostens 100 und in die bogenförmige konkave Oberfläche des ringförmigen Gesenkformhohlraumes 98 hinein, was das freie Ende 88a des Buchsenteils radial nach außen deformiert und den Tafelteil 116 gegen die äußere Oberfläche 92 des Buchsenteils wie in Fig. 8 gezeigt. Wie oben beschrieben, wird der axialen Anbringungskraft, die von der Druckplatte 106 erzeugt wird, von den Reibungskräften widerstanden, was die beschriebenen Probleme zur Folge hat. In der offenbarten Ausführung des Verfahrens sind die Oberflächen des selbstanbringenden Elementes 80 jedoch mit einem Fluorkohlenstoffüberzug 93 überzogen, welcher diese Probleme beseitigt und weiter die Gesenkformoberflächen überzogen, was eine feste Anbringung, wie in Fig. 9 gezeigt, zur Folge hat.
Die in den Fig. 6-9 gezeigte Anbringung unterscheidet sich von der in den Fig. 2-5 gezeigten darin, daß das freie Ende 88 des Buchsenteils des mutter-artigen Befestigers 80 die Tafel nicht durchstößt. Statt dessen wird die Tafel während der Anbringung durch das Gesenk 108 durchstoßen. Alternativ kann die Tafelöffnung vor der Anbringung des mutter- oder strebenartigen Befestigers, der hierin offenbart ist, durchstoßen werden. Jedoch beseitigt dieses Verfahren einen wichtigen Vorteil der offenbarten Anbringungsverfahren.
Wie nun zu verstehen sein wird, hat das Überziehen von zumindest der inneren Oberfläche des Buchsenteils oder vorzugsweise den inneren und äußeren Oberflächen des Buchsenteils mit einem relativ dünnen Fluorkohlenstoffüberzug, vorzugsweise mindestens ungefähr 0,005 mm (0,0002 inch) eine signifikante Verbesserung im Verfahren der Anbringung eines selbstanbringenden Elementes der hierin offenbarten Art zur Folge. Das verbesserte Verfahren umfaßt, daß zuerst die kritischen Oberflächen des röhrenförmigen Buchsenteils mit einem Fluorkohlenstoffüberzug Überzogen werden. Dann wird das freie Ende des röhrenförmigen Buchsenteils durch eine in der Tafel gebildete Öffnung betrieben, und zwar im allgemeinen koaxial mit dem zentralen Pfosten des Gesenkformgliedes ausgerichtet. Wie beschrieben, wird die Tafelöffnung vorzugsweise während der Anbringung des selbstanbringenden Elementes gebildet, entweder indem die Tafel mit einer durchstoßenden Oberfläche an dem freien Ende des Buchsenteils mit einem strebenartigen Befestiger durchstoßen wird, oder die Tafel wird mit einem Gesenk durch die Bohrung eines mutterartigen Befestigers durchstoßen. Die überzogene innere Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils wird dann gegen die äußere Oberfläche des Gesenkformpfostens getrieben, was das freie Ende des röhrenförmigen Buchsenteils ausdehnt, und dann gegen die Bodenoberfläche des konkaven Gesenkformhohlraumes, was das freie Ende des Buchsenteils zu einer Kanalform deformiert. In dem bevorzugtesten Verfahren wird das freie Ende des Buchsenteils zu einem U-förmigen Querschnitt, der sich in Richtung auf den Körperteil des selbstanbringenden Elementes öffnet, deformiert und der Körperteil umfaßt eine Mitnehmeroberfläche, welche sich im allgemeinen transversal zu dem röhrenförmigen Buchsenteil erstreckt, was die Tafelteile fest einschließt und eine sehr feste Anbringung bildet. Weiter wird die Tafel in die sich entwickelnde Kanalform des Buchsenteils hinein getrieben, vorzugsweise unter Ausfüllung des Kanals. So wird auch die äußere Oberfläche des Buchsenteils vorzugsweise mit dem Fluorkohlenstoffüberzug überzogen, um die im wesentlichen vollständige Füllung des Kanal sicherzustellen. Dieses Verfahren vermindert die erforderte Prägekraft und verbessert die Integrität der resultierenden Verbindung zwischen dem selbstanbringenden Element und der Tafel wie oben beschrieben signifikant. Unerwarteterweise verbessert der Überzug tatsächlich den Drehmomentwiderstandswert der Anbringung und verbessert die Abdichtung.
Das selbstanbringende Element und die Tafel werden aus plastisch verformbaren Materialien, vorzugsweise Stahl, gebildet. Ein geeignetes Material für die hierin offenbarten selbstanbringenden Elemente ist ein Stahl mittleren Kohlenstoffs, wie SAE 1035 oder 10B35-Stahl. In einer typischen Kraftfahrzeuganwendung wird das selbstanbringende Element an einen Stahl geringen Kohlenstoffs oder an einem Tiefzugstahl geringen Kohlenstoffs mit einer Dicke zwischen ungefähr 0,6 bis 3,2 mm (0,025 bis 0,125 inch) angebracht. Jedoch kann das selbstanbringende Element auch an andere plastisch deformierbare Materialien angebracht werden, einschließlich Aluminium, aluminiumüberzogener Stähle oder galvanisierter Stähle, wo die Reibung sehr hoch ist und Schweißtechniken nicht verwendet werden können. Wo das selbstanbringende Element aus einem eisenhaltigen Material, wie Stahl mittleren Kohlenstoffs gebildet wird, mag es bevorzugt sein, einen anfänglichen Überzug auf das Element vor der Anbringung des Fluorkohlenstoffüberzugs aufzubringen, und zwar für den Rostwiderstand, Bindemittel für das Anstreichen usw. Geeignete Überzüge sind Zinkphosphat, Zinkphosphat und Öl, Glanzzink und Chrom. Andere Einzelheiten der bevorzugten selbstanbringenden Elemente, die Anbringungsgeräte und die Verfahren der Anbringung können in den oben genannten US-Patenten gefunden werden, die dem Unterzeichner der augenblicklichen Anmeldung erteilt wurden.

Claims

1. Ein Verfahren zur dauerhaften Befestigung eines Selbst-Nietelementes an einer Tafel in einem Gesenkglied, wobei das Selbst-Nietelement einen einstückigen röhrenförmigen Buchsenteil, welches innere und äußere Oberflächen und ein freies offenes Ende aufweist, und wobei das Gesenkglied eine einen zentrale Gesenkpfosten umgebende ringförmige, konkave Gesenkhöhlung aufweist und der zentrale Gesenkpfosten eine in eine Bodenoberfläche der konkaven ringförmigen Gesenkhöhlung hinein übergehende äußere Oberfläche hat und der Gesenkpfosten einen einem inneren Durchmesser der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils im allgemeinen gleichen äußeren Durchmesser hat, wobei die Anbringung durchgeführt wird, indem

(a) das freie Ende des röhrenförmigen Buchsenteils durch eine in der Tafel gebildete Öffnung getrieben wird, wobei die Öffnung im allgemeinen mit dem zentralen Pfosten des Gesenkgliedes koaxial ausgerichtet ist; und

(b) die innere Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils gegen die äußere Oberfläche des Gesenkpfostens und dann gegen die konkave Gesenkhöhlung-Bodenoberfläche getrieben wird, wodurch ein mechanischer Zusammenschluß zwischen dem röhrenförmigen Buchsenteil und der Tafel gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innere Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils mit einem festen Fluorkohlenstoff-Schmier-Überzug vor den Schritten (a) und (b) beschichtet wird.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polytetrafluoretylen als ein Überzug verwendet wird.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Aufsprühen, Überziehen, Tauchen o.dgl. aufgebracht wird.

4. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluorkohlenstoff normalerweise in einem flüchtigen Träger suspendiert ist und ausgehärtet wird.

5. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet - wobei ein selbstbefestigendes Element einen mit dem Buchsenteil einstückigen Körperteil aufweist, welcher eine Mitnehmerfläche hat, die sich im allgemeinen transversal zu dem röhrenförmigen Buchsenteil erstreckt- daß zumindest die inneren und äußeren Oberflächen des röhrenförmigen Buchsenteils mit dem Fluorkohlenstoff-Überzug beschichtet werden, und die Körperteil-Mitnehmerfläche gegen den Tafelteil getrieben wird, wodurch der Tafelteil gegen die äußere Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils in ein kanal-förmiges Endteil des röhrenförmigen Buchsenteils hinein getrieben wird, was den Tafelteil einschließt.

6. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Buchsenteils eine Durchstoßoberfläche aufweist, die die Durchstoßoberfläche des Buchsenteils gegen die Tafel treibt, um die Tafelöffnung zu durchstoßen, und das röhrenförmige Buchsenteil durch die durchstoßene Öffnung treibt, einen kanalförmigen Endteil und den mechanischen Zusammenschluß bildet.

7. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Selbst- Nietelement durchgeführt wird, das einen mit dem röhrenförmigen Buchsenteil einstückigen Körperteil aufweist, welcher ein Mittel beinhaltet, um das Element an einem strukturellen Glied zu befestigen und das Verfahren es umfaßt, daß die äußeren Oberflächen des Selbst-Nietelementes und des Körperteils mit dem Fluorkohlenstoffüberzug beschichtet werden.

8. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Schritt b) die Körperteil-Auflagefläche gegen einen der Tafelöffnung benachbarten Tafelteil getrieben wird, wodurch der Tafelteil gegen die äußere Oberfläche des röhrenförmigen Buchsenteils in einen kanal-förmigen Endteil hinein getrieben wird, was den Tafelteil einschließt.

9. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstoßoberfläche des Buchsenteils gegen die Tafel getrieben wird, um die Öffnung zu durchstoßen, wobei das freie Ende des Tafelteils eine Durchstoßoberfläche umfaßt und das Verfahren die Beschichtung des Selbst-Nietelement-Körpers und des Buchsenteils mit dem Fluorkohlenstoffüberzug und schließlich das Treiben des röhrenförmigen Buchsenteils durch die durchstoßene Tafelöffnung und das Bilden eines kanal-förmigen Endteils und des mechanischen Zusammenschlußes umfaßt.