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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Verbinden eines Befestigungselementes, das einen
Kopfabschnitt, einen Schaftabschnitt und zumindest eine radiale
Nut in seinem Schaftabschnitt aufweist, mit einer Blechkomponente,
indem ein Loch in der Blechkomponente derart ausgebildet wird, dass
ein Kragen aus Material ausgebildet wird, der von einer Seite der
Blechkomponente von. der Blechkomponente weggerichtet vorragt (Oberbegriff von
Anspruch 1). Die Erfindung betrifft ferner einen Komponentenzusammenbau
mit einem Befestigungselement, das an einer Blechkomponente befestigt
ist, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 10.
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Befestigungselemente, die durch Nieten
in ein Blechteil einsetzbar sind, sind bereits bekannt, beispielsweise
aus der internationalen Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 94/01688.
Bei derartigen Befestigungselementen wird der Schaftabschnitt des
Elementes, der als ein Gewindebolzen ausgebildet ist, von einer
Seite in ein vorgeformtes Loch des Blechteils eingeführt, und
das Flanschteil des Kopfes kommt auf dieser Seite mit dem Blechteil in
Anlage. Das Material des Blechteils wird anschließend in
einem Setzvorgang so verformt, dass das Material in eine sehr kleine,
benachbart der Anlagefläche
des Kopfabschnittes angeordnete Nut an dem Schaftabschnitt des Elements
plastisch eingeformt wird, wodurch das Element in dem Blech befestigt wird.
Bei dieser Anordnung nach dem Stand der Technik wird das Blech vor
dem Einsetzen des Bolzenelementes vorgeformt, so dass es einen etwa
konisch geformten Kragen oder eine etwa konisch geformte Aufweitung
aufweist, wobei das vorgeformte Loch an dem schmalen Abschnitt des
Kragens angeordnet ist. Das schmale Ende des Kragens weist in Richtung
des Kopfabschnittes des Bolzenelementes, und die Aufweitung wird
beim Einsetzen des Bolzenelementes flachgepresst, was dazu führt, dass
das Blech in die Nut bzw. Rille an dem Schaftabschnitt des Elementes
eintritt. Ein sehr ähnlicher
Prozess ist in dem deutschen Patent 37 04 763 gezeigt. Die Veröffentlichung
WO 94/01688 schlägt
auch vor, dass der Kragen so angeordnet werden könnte, dass er in die entgegengesetzte
Richtung weist, d. h. dass die Spitze des Bolzens in die Aufweitung
an dem breitesten Abschnitt eintritt und dann durch das vorgeformte Loch
an dem schmalen Ende des Kragens hingelangt. Obwohl diese Variante
nicht detailliert beschrieben ist, ist anzunehmen, dass der Kragen
beim Einsetzen des Bolzenelementes flach gequetscht wird, so dass
er sich praktisch vollständig
in der Ebene des Bleches erstreckt.
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Bei der Anordnung der WO 94/01688
besitzt der Kopfabschnitt des Elementes sich im Wesentlichen radial
erstreckende Nasen an der Anlagefläche, die während des Einsetzens in das
Blechteil gepresst werden und hierdurch eine Verdrehsicherung vorsehen.
Die Verdrehsicherung ist dazu bestimmt, die Befestigung einer Mutter
an dem Gewindeschaftabschnitt zu ermöglichen, ohne dass das Element
in dem Blechteil selbst durchdrehen kann.
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Derartige Komponentenzusammenbauten, die
aus Blechteilen und Elementen bestehen, werden häufig bei der industriellen
Fertigung verwendet, beispielsweise bei der Fertigung von Autos
oder Waschmaschinen, um eine weitere Komponente an dem Komponentenzusammenbau
zu befestigen, der aus dem Blechteil und dem Element oder umgekehrt
besteht. Es ist vorteilhaft, dass die Anlagefläche des Kopfabschnittes bezüglich der
weiteren Komponente, die daran befestigt werden soll, auf der anderen Seite
des Blechteils liegt, so dass das Blechteil in Kompression belastet
ist.
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Die bisher bekannten, oben beschriebenen Elemente
nach dem Stand der Technik haben sich in der Praxis jedoch als nicht
ganz zufrieden stellend herausgestellt, da die Gefahr, dass sich
das Element während
des Transports oder der Lagerung vor der Befestigung der weiteren
Komponente lockern kann, relativ groß ist, insbesondere bei Nietbolzen,
die zur Verwendung mit relativ dünnem
Blech gedacht sind. Das Lockern, das nicht selten auftritt, ist
so ausgeprägt,
dass das Element verloren geht oder eine Orientierung annimmt, die
für die
weitere Maschinenbearbeitung des Blechteils nicht akzeptabel ist.
Das Lockern der bisher bekannten Elemente dieses Typs führt auch
dazu, dass die vorgesehene Verdrehsicherung in einigen Fällen nicht
mehr ausreichend ist, so dass sich das Element bei Befestigung der Schraube
dreht, bevor eine ausreichende Klemmkraft erzeugt werden kann. Diese
Schwierigkeiten sind insbesondere bei Karosseriekonstruktionen und in
anderen Bereichen nachteilig, bei denen die Kopfabschnitte der Elemente
in einem Hohlraum liegen, der nicht mehr zugänglich ist, nachdem der Komponentenzusammenbau
daran befestigt worden ist. Wenn sich unter diesen Umständen ein
Element verdreht oder verloren geht, kann der zu fertigende Gegenstand,
beispielsweise ein Kraftfahrzeug, dann nicht mehr im Rahmen der
normalen Produktion hergestellt werden, sondern muss stattdessen
auf eine aufwendige Art und Weise repariert werden. Solche Umstände sollten
soweit wie möglich
vermieden werden.
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Ein weiteres Problem, das bei dünnem Blech besonders
ausgeprägt
ist, liegt in der Tatsache, dass die Nasen, die die Verdrehsicherung
vorsehen, eine bestimmte Höhe
besitzen müssen,
d. h. eine Erhöhung
von der Anlagefläche
des Kopfabschnittes, um die Verdrehsicherung überhaupt erreichen zu können. Bei
dünnem
Blech wird das Material des Blechteils durch die Nasen soweit eingepresst,
dass die volle Festigkeit des Blechteils nicht mehr zur Verfügung steht,
was in der Praxis ebenfalls zu Schwierigkeiten führen kann.
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Es ist überdies nachteilig, dass die
feine Nut zur Aufnahme des plastisch verformten Blechteils beim
Nieten des Elementes an das Blechteil schwierig herzustellen ist
und zusätzlich
den Bolzen unnötig teuer
macht. Ferner führt
diese Nut auch zu einer unerwünschten
Verringerung der Festigkeit des Bolzens oder seiner Ermüdungseigenschaften
infolge der scharfen Kanten und der hervorgerufenen Querschnittsverringerung
des Elementes. Als Folge der Abmessungen der Nut folgt auch eine
nur unzureichende Befestigung des Elementes an dem Blechteil, was
die oben beschriebene Neigung des Elementes zum Lockern in dem Blechteil
oder sogar zum Herausziehen noch weiter verschlechtert. Um hierzu
eine Unterstützung
vorzusehen, war in der früheren,
nicht vorher veröffentlichten
europäischen
Patentanmeldung EP-A-0 678 679 (äquivalent
zu der deutschen Patentanmeldung P 44 10 475.8) der vorliegenden
Anmelder, die Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ bildet,
Gegenstand der Erfindung, ein Element des eingangs erwähnten Typs
vorzusehen, der kostengünstig
hergestellt und verwendet werden kann, wobei die Gefahr, dass sich
das Element lockert oder von dem Blechteil verloren geht, wesentlich
verringert und bevorzugt ausgeschlossen ist und sowohl eine gute
Verdrehsicherung des Elementes in dem Blechteil als auch eine starke
Verbindung möglich
wird, sogar dann, wenn man mit dünnem
Blech oder mit Nicht-Eisen-Blechen,
beispielsweise Blechen aus Aluminium oder seinen Legierungen arbeitet. Überdies
sollte ein Komponentenzusammenbau bereitgestellt werden, der ein
Blechteil und zumindest ein solches Element wie auch eine Matrize
umfasst, wie auch ein Verfahren zum Nieten des Elementes an das
Blechteil bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Erfindungsgegenstand
der früheren
Anmeldung dahingehend zufriedenstellend gelöst, dass das Element konkave, um
den Umfang herum geschlossene Felder an seiner als eine Anlagefläche dienenden
Unterseite aufweist, die teilweise durch Rippen begrenzt sind, die sich
von dem Schaftabschnitt nach außen
erstrecken, wobei die schaftseitigen Enden der Rippen sich in erhöhter Form
entlang des Schaftabschnitts erstrecken und an den von dem Kopfabschnitt
abgewandten Enden in zumindest eine sich spiralförmig um den Schaftabschnitt
herum angeordnete Ausnehmung übergehen.
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Durch diese Ausbildung gelingt es
beim Nieten des Elementes an das Blechteil mittels einer geeigneten
Matrize, die konzentrisch zu dem Schaftabschnitt angeordnet ist,
das Material des Blechteils in die konkaven, um den Umfang herum
geschlossenen Felder und auch in die Ausnehmung plastisch zu verformen,
ohne das Blech durch die auftretenden Rippen wesentlich auszudünnen, so
dass die Festigkeit der genieteten Verbindung in Vergleich zu einigen bisher
bekannten Elementen nach dem Stand der Technik aus diesem Grund
bereits wesentlich erhöht ist.
Die Tatsache, dass sich die schaftseitigen Enden der Rippen entlang
des Schaftabschnitts in erhöhter Form
erstrecken, bedeutet, dass die Verdrehsicherung nicht nur durch
das Material, das in die konkaven Felder getrieben wird, sondern
auch durch die formgesperrte Verbindung zwischen diesen schaftseitigen
Enden der Rippen und dem Blechteil erreicht wird. Dies führt zu einer
Verdrehsicherung, die im Vergleich zu der Verdrehsicherung mit Elementen nach
dem Stand der Technik wesentlich verbessert ist. Dadurch, dass das
Blechteil während
des Einsetzens des Elementes nicht unnötig ausgedünnt wird, ist es möglich, die
Ausnehmung etwas weiter von der Unterseite des Kopfes weg anzuordnen,
als es mit der Nut nach dem Stand der Technik der Fall ist, so dass
diese Ausnehmung von einem Herstellstandpunkt aus auch leichter
zu realisieren ist. Dies führt auch
dazu, dass die Form der Ausnehmung sauberer ausgebildet werden kann,
als es früher
der Fall war, und stellt sicher, dass das Material des Bleches während der
plastischen Verformung durch die Matrize vollständig in die Ausnehmung fließt und somit
einen erhöhten
Widerstand gegenüber
einem Verlust des Elementes erzeugt.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn
der Schaftabschnitt des Elementes in dem Bereich der erhöhten bzw.
erhabenen Rippen im Vergleich zu dem von dem Kopfabschnitt abgewandten
Schaftabschnitt einen größeren Durchmesser
aufweist, wobei die zumindest eine Ausnehmung in diesem Bereich des
größeren Durchmessers
angeordnet ist. Aufgrund dieser Ausbildung wird das Element durch
die Ausnehmung weniger geschwächt,
so dass die normale Festigkeit des Elements eher vollständig ausgenützt werden
kann und andererseits die Ermüdungseigenschaften
des Elementes verbessert werden können. Die Verdrehsicherung
wird ebenfalls weiter verbessert. Besonders wichtig mit dieser Ausbildung
ist jedoch, dass das Fliessverhalten des Materials des Blechs während des
Einsetzens des Elementes verbessert werden kann. Das vorgefertigte Loch
in dem Blechteil muss nämlich
einen Durchmesser besitzen, der ermöglicht, dass der Schaftabschnitt
des Elementes durch dieses hindurch geführt werden kann, ohne dass
der Schaftabschnitt beschädigt
wird. Durch den Bereich mit größerem Durchmesser
wird das Blech anfänglich
während
des Einsetzens des Elementes nach außen getrieben, da der Bereich
mit größerem Durchmesser
das Loch vergrößert und
dies zusätzliches
Material bereitstellt, das in die konkaven, um den Umfang herum
geschlossenen Felder und/oder in die Ausnehmung getrieben werden
kann.
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Die zumindest eine Ausnehmung, die
sich spiralförmig
um den Schaftabschnitt herum erstreckt, kann vorteilhafterweise
als eine Gewinderille ausgebildet sein, insbesondere als eine Gewinderille,
die eine Fortsetzung des Gewindes darstellt, das an dem Schaftabschnitt
des Elementes vorhanden ist. Auf diese Art und Weise wird die Ausnehmung
mit derselben Vorgehensweise realisiert, die für die Ausbildung des Gewindes
verwendet wird. Dies führt
zu einer erheblichen Kosteneinsparung bei der Herstellung des Elementes
wie auch zu einer sauberen Ausbildung der Ausnehmung. Wenn bei der
bevorzugten Ausführungsform
die Rippen so ausgebildet sind, dass sie sich entlang des Schaftabschnitts
an ihren schaftseitigen Enden vor dem Gewindewalzprozess in erhöhter Form
erstrecken, können
diese erhöhten
Rippenteile dann während
des Gewindewalzprozesses einfach und unkompliziert verformt werden,
so dass diese alle in der Ausnehmung zu Ende gehen. Andererseits
ist es jedoch denkbar, dass die erhöhten Rippenteile erst nach
dem Gewindewalzprozess in einem separaten Arbeitsgang erzeugt werden,
beispielsweise ebenfalls in einem Walzprozess. In diesem Fall könnte die
Ausnehmung durch die erhöhten Rippen
in verschiedene Abschnitte unterteilt werden. Die erhöhten Teile
der Rippen, die sich entlang des Schaftabschnitts erstrecken, sollten
jedoch nicht zu lang sein, da sie ansonsten ein sauberes Aufsetzen des
zu befestigenden Gegenstandes beeinträchtigen könnten. Eine Ausnahme hierzu
bestünde
darin, wenn das Element für
die Befestigung eines elektrischen Anschlusses bestimmt ist. Hier
könnten
erweiterte Rippenteile eine gewünschte
Kerbwirkung in dem Loch des Anschlusses erzeugen, was nützlich wäre, einen
guten elektrischen Kontakt zu erreichen.
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Die spiralförmige Ausnehmung kann ein oder
zwei Gewindegänge
darstellen und kann auch in der Form von Gewindeabschnitten vorhanden sein,
vor allem, wenn die Ausnehmung als ein mehrgängiges Gewinde bzw. Gewinde
mit mehreren Anfängen
ausgebildet ist, was grundsätzlich
mög lich wäre und von
der Erfindung umfasst ist. Die spiralförmige Ausnehmung besitzt im
Vergleich zu einer um den Umfang herum kontinuierlichen Nut einen
größeren Vorteil.
Wenn nämlich
nach einiger Zeit eine Mutter von dem Schaftabschnitt entfernt wird,
dann muss davon ausgegangen werden, dass aufgrund einer Verschmutzung
oder Korrosion des Gewindeteils und/oder der Mutter ein erhöhtes Drehmoment
nötig ist,
um die Mutter zu entfernen. Ein erhöhtes Drehmoment dieser Art
könnte
jedoch dazu führen,
dass das Element infolge der Spiralform der Ausnehmung noch härter an
das Blech gepresst wird, so dass beim Drehen des Elementes ein vergrößerter Widerstand vorhanden
ist.
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Die spiralförmige Ausnehmung könnte jedoch
schließlich
mit einem Steigungswinkel von 0°,
d. h. als eine um den Umfang kontinuierliche Rille bzw. Nut, ausgebildet
werden, und Ausnehmungen dieser Form sind ebenfalls von der vorliegenden
Erfindung umfasst. Dies könnte
beispielsweise dann angebracht sein, wenn das Element nicht als
ein Gewindebolzen sondern beispielsweise als ein Lagerzapfen verwendet
wird. Die oben erwähnten
Vorteile, gemäß denen
die Ausnehmung erfindungsgemäß mit einem größeren Abstand
von der Unterseite des Kopfabschnittes ausgebildet werden kann,
als es nach dem Stand der Technik möglich ist, findet auch Anwendung
auf die Konstruktion der Ausnehmung als eine sich um den Umfang
herum erstreckenden Nut.
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Das um den Umfang herum geschlossene Feld
besitzt bevorzugt seine größte Tiefe
benachbart des Schaftabschnitts, wobei dies für die Verdrehsicherung wie
auch die plastische Verformung des Materials des Blechteils während des
Einsetzens des Elementes von Vorteil ist.
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Es ist auch besonders wichtig, dass
die flächenmäßige Anteile
der Felder im Vergleich zu der Anlagefläche des Kopfabschnittes so
gewählt
sein können,
dass sie unter Brücksichtigung
der Materialpaasrung in einer optimalen Verdrehsicherung und in einer
unkritischen Flächenpressung
resultieren. Dieser Vorteil macht es auch möglich, das Element der vorliegenden
Erfindung mit weicheren Blechen zu verwenden, beispielsweise mit
Blechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die zukünftig zunehmend
Verwendung im Kraftfahrzeugbau finden. Das Problem der galvanischen
Korrosion kann heutzutage durch eine geeignete Oberflächenbehandlung
der Elemente in Griff gebracht werden, d. h. die galvanische Korrosion
ist vermeidbar, so dass Elemente aus Eisenmaterialien gemäß der vorliegenden
Erfindung ebenfalls unkompliziert mit beispielsweise Metallblechen
aus Aluminiumlegierung verwendet werden können.
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Bei diesem früheren Vorschlag ist es jedoch notwendig,
ein Loch in dem Blechteil vor dem Einsetzen des Bolzenelementes
zu erzeugen, was durch ein Stanzwerkzeug oder durch Bohren möglich ist. Das
Loch wird bei einem früheren
Arbeitsschritt erzeugt.
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Ein weiteres Problem tritt mit bekannten
Befestigungselementen des oben beschriebenen Typs auf, bei denen
die Spitze des Schaftabschnittes durch ein Loch in dem Blech eingesetzt
wird, und das Nieten in dem Bereich unterhalb des Kopfes ausgeführt wird.
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Dieses weitere Problem ist der geringe
Widerstand gegenüber
einem "Aushebeln". Dies bedeutet,
es ist relativ leicht, dass eine radial an das Ende des von dem
Kopfabschnitt abgewandten Schaftabschnitts angelegte Kraft das Element
aus einem Eingriff mit dem Blech aushebeln kann, d. h. so dass es
locker wird oder bezüglich
des Bleches unter einem nicht gewünschten Winkel schräggestellt
wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine genietete Verbindung, insbesondere in dünnem Blech,
d. h. weniger als 2,25 mm, sicherzustellen, die qualitativ besser
ist, als nach dem Stand der Technik erreicht werden kann, sogar,
wenn das Bolzenelement der früheren
Anmeldung verwendet wird, während
gleichzeitig zumindest größtenteils eine
Beschädigung
des Gewindes des Bolzenelements bei seinem Einsetzen vermieden wird.
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Insbesondere ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, das einen
verbesserten Widerstand gegenüber
einem "Aushebeln" erreicht, wobei
das Verfahren sowohl auf die Elemente der früheren Anmeldung EP-A-0 678
679 als auch auf andere bekannte Elemente anwendbar ist, beispielsweise
Elemente ähnlich
denen, die in der Veröffentlichung
WO 94/01 688 beschrieben sind.
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Zusätzlich ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Weiterentwicklung des verbesserten
Verfahrens bereitzustellen, die auch die Schwierigkeiten bei der
Herstellung des Loches in einem früheren Arbeitsschritt vermeidet.
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Es ist eine noch weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, den Widerstand eines Befestigungselementes
gegen Aushebel- und Herausziehkräfte,
die auf dieses wirken, zu verbessern, insbesondere, wenn dünne Blechkomponenten
verwendet werden, und zwar ungeachtet davon, ob die Blechkomponente
vorgestochen oder durch das Befestigungselement durchstochen wird.
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Um diese Aufgaben zu lösen, ist
ein Verfahren der eingangs erwähnten
Art vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kragen
aus Material an einer dem Kopfabschnitt des Befestigungselementes
abgewandten Seite der Blechkomponente vorgesehen wird und das Material
des Kragens anschließend
radial einwärts
in die radiale Nut durch eine Matrize verformt wird, und dass eine
Matrize mit einem ringförmigen,
an ihrer Stirnseite vorgesehenen Vorsprung verwendet wird, der eine
verjüngte
Ausnehmung umgibt und schräg
gestellte Flanken aufweist, um die Blechkomponente aufwärts in eine
Ausnehmung zu pressen, die unter dem Kopfabschnitt des Befestigungselementes
vorgesehen ist, und den Kragen aus Material radial einwärts in Richtung
des Schaftabschnitts in die radiale Nut an dem Schaftabschnitt des
Elementes benachbart des Übergangs von
dem Kopfabschnitt zu dem Schaftabschnitt zu pressen.
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Bei einem Aspekt des Verfahrens der
Erfindung, der in Anspruch 1 dargelegt ist, wird das Blechteil durch
das von dem Kopf abgewandte Ende des Schaftabschnitts über die
Wirkung des Setzkopfes optional in Zusammenwirken mit der Matrize
durchstochen, wobei ein Butzen bevorzugt während des Durchstechens des
Blechteils gebildet wird, und wobei das durchstochene Loch in einen
Kragen aufgeweitet wird, der das Loch auf der Matrizenseite des Blechteils
umgibt.
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Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt,
dass es unter Verwendung dieser Technik möglich ist, ein Blechteil mit
der Stirnseite des Schaftabschnitts eines üblichen Bolzenelements zu durchstechen
und das Gewinde des Bolzenelements durch das so gebildete durchstochene
Loch einzusetzen, ohne dass das Gewinde in größeren Ausmaß beschädigt wird. Die Ausbildung des
Kragens macht es nämlich
leichter, dass der Gewindeabschnitt die Öffnung aufweiten und durch
den Kragen gelangen kann, ohne dass die Gewinde beschädigt werden, wie
nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
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Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass
das Stanzen eines Loches in Blech unter Verwendung der Spitze eines
Befestigungselementes bereits aus dem U.S. Patent 2,593,506 bekannt
ist. Hierbei wird die Spitze des Gewindeendes eines Zapfens durch
ein Blechteil gedrückt,
das an eine Matrize geliefert wird, und das Ende des Zapfens ohne
Gewinde wird darüber
genietet oder gestaucht, um die Anbringung fertig zu stellen. Die
Matrize ist so angeordnet, dass der Zapfen eine einfache kreisförmige Öffnung in
dem Blech ohne eine Aufweitung oder einen Kragen durchsticht. Zusätzlich ist
der Widerstand gegenüber
Herausziehen und Herausdrehen schlecht, da diese Widerstände im Wesentlichen nur
durch Reibung zwischen dem Schaft des Zapfens und der Blechtafel
erreicht werden. Überdies
besteht die große
Gefahr, dass das Gewinde entweder während der Bewegung durch das
gestanzte Loch oder durch Pressen während des Stauchvorgangs beschädigt wird.
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Während
des anschließenden
Nietens des Blechteils an das Bolzenelement mittels der Matrize wird
das Kragenmaterial ausgenützt,
um eine Verbindung mit besonders hoher Qualität zwischen dem Blechteil und
dem Bolzenelement zu erzeugen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn
zumindest eine oder bevorzugt eine Vielzahl und insbesondere eine
ungerade Anzahl von Kerben oder zumindest im Wesentlichen radial
gerichteten Schnitten oder Rissen in dem Rand der Öffnung oder
an dem Ende des Kragens benachbart der Öffnung erzeugt werden. Wenn
das Gewinde durch den Kragen gedrückt wird, reißen diese
Schnitte weiter ein und verringern die Kraft erheblich, die erforderlich
ist, um das Gewindeteil hindurchzudrücken, wodurch die Gefahr einer Schädigung des
Gewindes ebenfalls wesentlich verringert wird.
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Als besonders überraschend hat es sich herausgestellt,
dass das Verfahren besonders vorteilhaft ausgeführt werden kann, wenn das Ende
des Bolzenelementes eine sogenannte Ka-Form gemäß DIN 78 besitzt. Diese Ka-Form
verdeutlicht einen zapfenartigen Vorsprung an dem von dem Kopfabschnitt
abgewandten Ende des Schaftabschnitts mit einem Durchmesser, der
etwas kleiner als der Kerndurchmesser des Gewindes ist. Der zapfenartige Vorsprung
geht über
einen divergierenden bzw. auseinandergehenden konischen Abschnitt
in den Gewindezylinder über.
Die Stirnseite des Zapfens erstreckt sich zumindest im Wesentlichen
rechtwinklig zu der zentralen Längsachse
des Bolzenelementes.
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Die Anbringung eines derartigen Bolzens
unter Verwendung des Spitzendurchstechverfahrens der vorliegenden
Erfindung kann verbessert werden, wenn in der Mantelfläche des
zapfenartigen Vorsprungs mehrere Nuten vorgesehen werden. Gemäß der Erfindung
hat es sich überraschend
herausgestellt, dass derartige Nuten besonders vorteilhaft beim
Durchstechen einer Metalltafel mittels eines Bolzenelementes sind.
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Das Verfahren der Erfindung führt auch
zu der Bildung eines Komponentenzusammenbaus, wie in Anspruch 10
festgelegt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter unter
Bezugnahme auf Ausführungsformen
und Zeichnungen erläutert,
in denen die 1 bis 9 die entsprechenden Figuren
der früheren
Anmeldung EP-A-0 678 679 darstellen und 10 bis 15 und 17 bis 25 die besondere Konstruktion und das
besondere Verfahren der vorliegenden Anmeldung veranschauli chen. 16 zeigt einfach ein gebohrtes Loch,
das selbst keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines teilweise in Längsrichtung geschnittenen Elementes
gemäß der vorliegenden
Erfindung, das zum Nieten an ein Blechteil vorgesehen ist,
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2 eine
Stirnansicht des Elementes in der Richtung von Pfeil II von 1,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des geschnittenen Teils des Elementes von 1, wie in dem Kreis III gezeigt ist;
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4 einen
teilweisen Schnitt des Elementes von 1 gemäß der Schnittebene
IV-IV von 3,
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5 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum Einsetzen eines Elementes
gemäß der vorliegenden
Erfindung der 1 bis 4 in ein Blechteil,
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6 die
Endstufe des Einsetzverfahrens gemäß 5,
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7 eine
detaillierte schematische Darstellung der linken Seite einer besonders
bevorzugten Nietmatrize der Erfindung zur Verwendung mit dem Verfahren
der 5 und 6,
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8 eine
teilweise geschnittene schematische Darstellung eines Komponentenzusammenbaus
gemäß der vorliegenden
Erfindung bestehend aus einem Blechteil und einem Element der Erfindung,
das damit vernietet ist, d. h. einem Komponentenzusammenbau, der
unter Verwendung des Verfahrens der 5 und 6 hergestellt wurde,
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9 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs des Komponentenzusammenbaus von 8, der mit Kreis IX gezeigt ist,
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10 eine
Darstellung des Bolzenelementes der vorliegenden Erfindung in einer
Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt,
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10A eine
Ansicht des Endes des Bolzenelementes von 10, gezeigt in der Richtung des Pfeils
X,
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11 eine
Darstellung des Bolzenelements von 10 nach
einem Einsetzen und Nieten an ein Blechteil,
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12 ein
Verfahren zum Einsetzen des Elementes von 10 bei einem ersten Kontakt des Elementes
mit der Blechkomponente,
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12A das
Verfahren zum Einsetzen des Elementes von 10 in eine Blechkomponente direkt nach
einem Durchstechen der Blechkomponente,
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13 das
Verfahren zum Einsetzen des Bolzenelementes von 10 direkt nach dem Durchstechen der Blechkom ponente,
jedoch vor dem Durchgang des Gewindeteils durch das durchstochene
Loch,
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13A einen
schematischen Schnitt, der die typische Form des bei dem Verfahrensschritt
von 13 gebildeten Butzens
zeigt,
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14 das
Verfahren zum Einsetzen des Bolzenelementes von 10 nach einer Aufweitung des durchstochenen
Lochs durch das Gewinde, jedoch vor dem Nieten des Kopfabschnittes
des Bolzenelementes an die Blechkomponente, und
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15 das
Verfahren zum Einsetzen des Bolzenelementes von 10 nach dem Nieten des Kopfabschnittes
an die Blechkomponente.
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16 eine
schematische Darstellung einer vorgestochenen dicken Blechkomponente,
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17 eine
Lochstanzeinrichtung zum Vorstechen einer dicken Blechkomponente,
um einen Kragen für
das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu bilden,
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18 eine
schematische Darstellung eines Kragens, der unter Verwendung der
Stanzeinrichtung von 17 mit
der Matrize von 19 gebildet
ist,
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19 eine
schematische Darstellung der Matrize, die mit der Stanzeinrichtung
von 17 verwendet wird,
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20 eine
schematische Ansicht eines Komponentenzusammenbaus eines Bolzenelementes
mit einer Blechkomponente, wobei der Zusammenbau gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist,
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21 einen
axialen Längsschnitt
durch eine Matrize, die dazu verwendet wird, den Zusammenbau von 20 zu bilden,
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21A eine
vergrößerte Darstellung
des Profils der Stirnseite der Matrize von 20,
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22 eine
schematische Teilansicht eines bevorzugten Bolzenelementes zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung,
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23 eine
axiale Ansicht in der Richtung des Pfeils XXIII von 22,
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24 eine
vergrößerte Ansicht
eines Komponentenzusammenbaus in dem von einem Kreis in 20 gezeigten Bereich, jedoch
mit einer zusätzlichen
Blechkomponente, die durch eine Mutter befestigt ist, und
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25 eine
Ansicht ähnlich
zu 24, jedoch mit einer
außermittigen
Position der zusätzlichen
Blechkomponente.
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1 zeigt
zunächst
in Seitenansicht ein Element 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
in der Form eines Gewindebolzens mit einem Kopfab schnitt 12 und
einem Schaftabschnitt 16, der mit einem Gewinde 14 versehen
ist. Wie insbesondere in den 2, 3 und 4 zu sehen ist, weist das Element konkave,
um den Umfang herum geschlossene Felder oder Taschen 20 an
seiner als Teil der Anlagefläche
dienenden Unterseite 18 auf. Die Felder 20 sind zumindest
teilweise durch Rippen 22 begrenzt, die sich von dem Schaftabschnitt 16 weg
auswärts
erstrecken, wobei die schaftseitigen Teile 24 der Rippen,
die in der Seitenansicht rechtwinklig angeordnet sind, sich in erhöhter bzw.
erhabener Form entlang des Schaftabschnitts 16 erstrecken
und an den von dem Kopfabschnitt abgewandten Enden 26 in
zumindest eine Ausnehmung 28 übergehen. Die Ausnehmung 28 ist
um den Schaftabschnitt herum spiralförmig angeordnet und hier als
eine Gewinderille ausgebildet, d. h. als eine Fortsetzung des Gewindes 14 des
Schaftabschnitts 16.
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Die geschlossenen Felder 20 sind
an ihrer radial äußeren Seite
durch eine umlaufende Umfangsfläche 30 des
Kopfs begrenzt, wobei die Rippen mit ihren radial äußeren Enden
stufenlos in diese Umfangsfläche übergehen.
An ihrer radial inneren Seite sind die Felder 20 durch
eine zylindrische Umfangsfläche 32 des
Schaftabschnitts begrenzt.
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Die dem Schaftabschnitt zugewandten
Flächen
der sich radial auswärts
erstreckenden Teile der Rippen 22 können entgegen der graphischen
Darstellung in 3 auch
in der gleichen Ebene wie die Umfangsfläche 30 liegen, oder
sie können,
wie in 3 gezeigt ist,
sich schräg
zu der Ebene 31 erstrecken, die durch die Unterseite 30 des
Kopfabschnitts 12 definiert ist, und von dieser Ebene zurückgesetzt sein,
so dass sie nicht über
die Schaftseite dieser Ebene hinaus vorragen. Die Umfangsfläche 30 und auch
die schaftseitigen Flächen
der sich radial erstreckenden Bereiche der Rippen 22 bilden
die eigentliche Anlagefläche
des Kopfabschnitts 12.
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Die geschlossenen Felder 20 sind
bei dieser Ausführungsform
in der Draufsicht zumindest im Wesentlichen quadratisch, und dies
ist in der Praxis eine relativ vorteilhafte Form für die Felder 20.
Andere Formen der eingesäumten
Felder 20, d. h. Felder 20, die an allen Seiten
eingeschlossen sind, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls
denkbar. Mit der speziellen Ausbildung der 2 und 4 werden
die Rippenteile 22, die sich in dem Anlagebereich 18 des
Kopfabschnittes 12 befinden und sich bevorzugt in der radialen
Richtung erstrecken, in der Richtung radial nach außen breiter.
Diese gehen stufenlos ohne Unterbrechung in die Umfangsfläche 30 des
Kopfabschnitts über.
Bei dem vorliegenden Beispiel sind acht Rippen 22 vorhanden,
wobei die Anzahl der Rippen bevorzugt zwischen sechs und acht liegt.
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Aus den 1 und 3 ist
ersichtlich, dass die um den Umfang geschlossenen Felder 20 ihre
größte Tiefe
(gemessen in der axialen Richtung 35 des Elementes 10)
benachbart des Schaftabschnitts 16 besitzen. Obwohl die
Umfangsfläche 30 an
den schaftseitigen Flächen
der Rippen 22 grundsätzlich
zu der Anlagefläche
gehört,
können
die Bodenflächen
dieser geschlossenen Felder auch als eine Anlagefläche durch
gezielte Verformung der entsprechenden Blechkomponente in die geschlossenen
Felder ausgenützt
werden. Auf alle Fälle
ist es möglich,
dass das Element der Erfindung eine flächenmäßig größere Anlagefläche vorsieht,
so dass das Element auch mit weichen Blechkomponenten verwendet
werden kann, ohne dass befürchtet
werden muss, dass eine kritische Flächenpressung entsteht. Es ist
besonders vorteilhaft, wenn die Bodenflächen der geschlossenen Felder
zumindest im Wesentlichen auf einer Kegelmantelfläche mit
einem eingeschlossenen Winkel von 130 bis 140° und bevorzugt 140° liegen.
Dieser Kegelwinkel ist mit dem Bezugszeichen α in 3 bezeichnet.
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Ferner ist den 1 und 3 zu
entnehmen, dass das Element eine zentrierende Ausnehmung 34 besitzt,
die eine qualitativ hochwertige Führung des Elementes bei seinem
Einsetzen sicherstellt. Das Element besitzt überdies eine konische bzw.
kegelförmige
Einführspitze 36.
Diese Spitze wird nicht nur bei der Anbringung des Gegenstandes
verwendet, der später
an dem Element befestigt wird, sondern dient auch der Führung des
Elementes in dem Setzkopf während
des Einsetzens in die entsprechende Blechkomponente.
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Das Einsetzverfahren ist schematisch
in den 5 und 6 gezeigt.
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5 zeigt
einen Setzkopf 38 eines Fügewerkzeugs 40 mit
einem Press- und
Fügestempel 42, der
in der Richtung von Pfeil 43 bewegbar ist.
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Wie in 5 gezeigt
ist, zeigt der Pfeil 43 die Zuführrichtung des Elements 10 in
dem Setzkopf. Die Elemente 10 werden einzeln an den Setzkopf 38 zugeführt. Das
in 5 gezeigte Element
gelangt durch Schwerkraft und optional auch durch die Wirkung von Druckluft
oder durch die Wirkung des Press- und Fügestempels 42 durch
die Bohrung 44 des Setzkopfes, bis der Kopfabschnitt 12 des
Elements, der zu Führungszwecken
teilweise kugelförmig
gerundet ist, in Kontakt mit einer Kugel 48 tritt, die
durch eine Feder 46 vorbelastet ist. In der Praxis sind
bevorzugt drei derartige federbelastete Kugeln vorgesehen, die in Intervallen
von 120° um
die Längsachse 50 des
Setzkopfes 38 angeordnet sind. Bei der in 5 gezeigten Stufe wird die vorher mit
einer Öffnung
versehene Blechkomponente 52, in die das Element 10 eingesetzt
werden soll, bereits zwischen dem Setzkopf 38 und der Nietmatrize 54 eines
Werkzeugunterteils 56 gehalten. Der Schaftabschnitt 16 des
Elements, der mit einem Gewinde 14 versehen ist, ist bereits
teilweise durch das vorgefertigte Loch 58 in der Blechkomponente 52 und
durch eine koaxial damit ausgerichtete, zylinderartige Zentrieröffnung 60 der
Nietmatrize 54 gelangt. Die Nietmatrize oder die Matrize 54 selbst
ist auswechselbar in einer Bohrung 57 des Werkzeugunterteils 56 gelagert,
das zu dem Fügewerkzeug
gehört
und über
eine Platte 59 auf einer unteren Pressenplatte 61 abgestützt ist.
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Zu einer späteren Stufe des Einsetzverfahrens
bewegt sich der in dem Setzkopf vorgesehene Press- und Fügestempel 62 weiter
nach unten und presst den Kopfabschnitt 12 des Elementes
an den drei federbelasteten Kugeln 48 vorbei. Während dieser
Bewegung wird der Kronenbereich 64 der Nietmatrize 54,
der koaxial zu dem Loch 58 und zu der Achse 50 angeordnet
ist, in das Material der Blechkomponente gepresst, und dies führt dazu,
dass das Material der Blechkomponente einerseits in die geschlossenen
Felder 20 und andererseits in die Ausnehmung 28 hinein
fließt,
wodurch eine sicher vernietete Verbindung zwischen dem Element 10 und
der Blechkomponente 52 erzeugt wird, die dann gemeinsam
ein Zusammenbauteil bilden.
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Es ist insbesondere vorteilhaft,
wenn die Nietmatrize 54 in dem Kronenbereich die Form besitzt,
die in 7 gezeigt ist.
D. h. dieser Kronenbereich der Nietmatrize besitzt zur Erzeugung
der plastischen Verformung des Blechmaterials eine umlaufende, wellenförmige Stirnseite,
die Berge 72 und Täler 74 besitzt,
die sich in der axialen Richtung erstrecken. Wenn diese Nietmatrize
verwendet wird, dienen die erhöhten
Bergkuppen 72 dazu, das Material des Blechs in die konkaven
Felder 20 in der Unterseite des Kopfabschnitts 12 des
Elements 10 zu treiben. Die Täler 74 kommen mit
der Blechkomponente in den Bereichen in Anlage, in denen die sich
radial auswärts
erstreckenden Teile der Rippen 22 liegen, so dass keine
ausgeprägte
Ausdünnung
des Blechmaterials in dem Bereich der Rippen gemäß der vorliegenden Erfindung
erfolgt.
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Aufgrund der Verklemmung des Blechmaterials
zwischen der Nietmatrize und der Unterseite des Kopfabschnittes 12 des
Elementes 10 wird das Blechmaterial auch gezwungen, in
die Ausnehmung 28 hinein zu fließen, so dass die gewünschte formschlüssige Verbindung
entsteht. Eine besondere Maßnahme,
um das Element 10 winkelmäßig zu den Scheiteln und Tälern der
Nietmatrize auszurichten, ist in der Praxis nicht notwendig, da
aus energetischen Gründen
das Element 10 versucht, sich so zu drehen, dass die potentielle
Energie minimal ist, und somit eine Position einnimmt, in der die
Bergkuppen 72 der Nietmatrize 54 mit den konkaven
Feldern 20 ausgerichtet sind, d. h. die erforderliche Ausrichtung erfolgt über eine
geringfügige
automatische Drehung des Elements während des Setzvorgangs.
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Aufgrund der Ausbildung der Nietmatrize wird
eine Nut, die sich zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 35 des
Elements 10 erstreckt und die eine unterbrochene Nut sein
kann, wie in 8 und 9 gezeigt ist, an der von
dem Kopf 12 des Elementes abgewandten Seite ausgebildet, wie
am besten in 9 zu sehen
ist. Diese Nut besitzt eine wellenförmige Bodenfläche, vor
allem wenn die Nietmatrize die Form von 7 besitzt. Die Scheitel der wellenförmigen Bodenfläche sollten
jedoch nicht über
die Unterseite 7 der Blechkomponente hinaus vorragen, um
einen sauberen Sitz für
den an der Blechkomponente zu befestigenden Gegenstand sicherzustellen.
Hierzu besteht jedoch eine Ausnahme, wenn der Gegenstand ein elektrischer Anschluss
ist. In diesem Fall können
die Kuppelbereiche der wellenförmigen
Bodenfläche über die
Unterseite der Blechkomponente hinaus vorragen, um eine höhere Flächenpressung
an dem Anschluss, d. h. einen besseren elektrischen Kontakt, sicherzustellen.
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Das Element der Erfindung kann jedoch auch
anders als in der Form eines Gewindebolzens ausgebildet werden.
Beispielsweise könnte
es sich hierbei um ein Element 10 in der Form eines Lagerzapfens
handeln. D. h. das Gewinde wird durch eine zylindrische Lagerfläche ersetzt
oder ergänzt. Alternativ
dazu könnte
das Befestigungselement ein Mutternelement sein, wobei der Schaftabschnitt
hohl ist.
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Die so beschriebenen Merkmale des
Kopfs und des Vernietens des Kopfabschnitts mit der Metallkomponente
finden ebenfalls ohne Beschränkung Anwendung
auf das Bolzenelement, das nun detaillierter unter Bezugnahme auf
die folgenden 10 bis 15 erläutert wird. Aus diesem Grunde
besitzen Elemente der Zeichnungen der 10 bis 15, die auch in den 1 bis 9 zu finden sind, dieselben Bezugszeichen,
und, da die vorhergehende Beschreibung ebenfalls Anwendung auf die 10 bis 15 findet, kann auf eine zusätzliche
Beschreibung der Teile oder Funktionen, die mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet sind, größtenteils
verzichtet werden. Es werden nur die Unterschiede detailliert beschrieben.
Im Prinzip existieren drei Hauptunterschiede. Dies sind die folgenden
Unterschiede:
- a) die Konstruktion des Endes 100 des
Bolzenelements 10 entfernt von dem Kopfabschnitt 12,
- b) das Stanzen durch die Metallkomponente mit seinem Ende 100,
- c) die Bildung eines Kragens um das gestanzte Loch herum, das
durch eine etwas modifizierte Form der Matrize erreicht wird.
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Aus 10 ist
es ersichtlich, dass das von dem Kopfabschnitt 12 abgewandte
Ende 100 des Bolzenelements 10 eine sogenannte
Ka-Form gemäß DIN 78
besitzt. D. h. das Ende 100 stellt einen zapfenartigen
Vorsprung 101 mit einem Außendurchmesser dar, der etwas
kleiner als der Kern durchmesser des Gewindes 14 ist und über einen
kegelstumpfförmigen
Abschnitt 102 in das Gewinde 14 übergeht, wobei
der Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen
Abschnittes, der in der Richtung des Gewindes 14 divergiert
oder auseinandergeht, eine Größe von 90° besitzt.
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Im Unterschied zu der Ka-Standardform
der DIN 78 ist eine Vielzahl von keilförmigen Nuten 106, die
parallel zu der Längsachse
angeordnet sind, an dem Umfang des zapfenartigen Vorsprungs 101 angeordnet,
wobei die Tiefe der Nuten (gemessen in der radialen Richtung) sich
kontinuierlich von der Stirnseite 104 des Schaftabschnitts 16 verringert
und an dem Beginn des konischen Abschnitts 102 auf Null
geht.
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Die Ka-Basisform des Endes eines
Bolzenelementes ist zugegebenermaßen von sich aus bekannt. Sie
wird jedoch normalerweise für
einen ganz anderen Zweck verwendet, nämlich dazu, um die Befestigung
einer Mutter unter Verwendung automatischer Schraubvorrichtungen
im Besonderen zu ermöglichen.
Die keilförmigen
Nuten sind ein spezielles Merkmal der vorliegenden Konstruktion
und sollten nicht mit den Längsnuten
verwechselt werden, die manchmal in dem unteren Teil des Gewindezylinders eines
Bolzens zu Farbaustragzwecken vorgesehen sind. Die Anzahl der keilförmigen Nuten
ist für
die vorliegende Erfindung nicht kritisch. Es ist jedoch besonders
vorteilhaft, wenn eine ungerade Anzahl derartiger Nuten 106,
beispielsweise drei oder fünf
derartige Nuten vorgesehen ist bzw. sind.
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Jede Nut besitzt einen V-förmigen Querschnitt,
beispielsweise einen Winkel mit einer Schrägstellung von 90°, wobei die
eine Seitenfläche der
Nut, beispielsweise die Seitenfläche 108 in 10, in einer radialen Ebene
liegt, während
die andere Fläche
einen Winkel mit der radialen Fläche 108 bildet.
Die Basis der V-förmigen
Nuten spannt bevorzugt einen Winkel mit einer Schrägstellung
von etwa 10° zu
der Längsachse
auf.
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In der Draufsicht, d. h. wie über die
Längsachse 50 von 10 ersichtlich ist, erscheinen
die Nuten infolge ihrer Schattentiefe ziemlich schmal. Es sei angemerkt,
dass die Nuten oder anderen Kerbmerkmale für ein Blech mit normaler Festigkeit
nicht wesentlich sind, wenn eine Ka-Form allein ausreicht. Die Nuten
oder anderen Kerbmerkmale sind jedoch von Vorteil bei Blech mit
hoher Festigkeit, das zunehmend bei der Kraftfahrzeugherstellung
verwendet wird. Die Stirnseite des Zapfens ist bevorzugt flach und
rechtwinklig zu der Achse des Elementes angeordnet. Sie könnte jedoch
auch geringfügig
konvex oder geringfügig
konkav sein, wobei die konvexe Form gegenüber der konkaven Form bevorzugt
ist.
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Obwohl die Konstruktion von 10 eine bevorzugte Ausführungsform
darstellt, können
auch andere Ausführungsformen
in Betracht gezogen werden. Beispielsweise könnten die Nuten 106 gemäß 10 als Rippen ausgebildet
sein. Diese Rippen sollten in einem Kreis liegen, der koaxial zu
der Längsachse 50 des
Bolzenelementes angeordnet ist, wobei der Durchmesser des Kreises
kleiner als der des Kerndurchmessers des Gewindes 14 ist.
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Die Stirnseite 104 kann
auch geringfügig konkav
oder konvex sein und könnte
auch als eine Spitze ausgebildet sein, beispielsweise als eine ASP-Spitze gemäß DIN 78.
Die zugespitzte bzw. als Punkt ausgebildete Form ist jedoch nicht
besonders bevorzugt, da Probleme entstehen, wenn das Bolzenelement
nicht absolut rechtwinklig zu der Blechkomponente geführt wird.
Wenn eine nur geringfügige Schrägstellung
des Bolzenelementes in dem Setzkopf entsteht, beispielsweise, wenn
dieser etwas abgenutzt ist, dann würde ein Ende des Bolzenelementes,
das als eine Spitze ausgebildet ist, in die Blechkomponente gepresst
werden. Eine Korrektur der schräggestellten
Stellung des Bolzenelementes wäre dann
nicht mehr möglich,
d. h. die Verwendung eines Bolzenelementes mit einem als Spitze
ausgebildeten Ende ist nur begrenzt dazu in der Lage, die Anforderungen
des Installationsprozesses zu erfüllen.
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Die Abfolge der Ereignisse bei der
Anbringung eines Bolzenelementes 10 in einer Blechkomponente
wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 erläutert, wobei 11 den fertiggestellten
Komponentenzusammenbau zeigt, der das Bolzenelement 10 und
die Blechkomponente 52 umfasst.
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12 zeigt
das Bolzenelement 10 in dem Setzkopf 38 und zwar
während
eines Arbeitshubes einer nicht gezeigten Presse, in der der Setzkopf 38 und
die Nietmatrize 54 vorgesehen sind. Der Setzkopf 38 ist
nämlich
an einem Werkzeugoberteil (nicht gezeigt) oder an einer Zwischenplatte
(nicht gezeigt) der Presse befestigt und soweit nach unten getrieben worden,
so dass die Blechkomponente 52 zwischen der Stirnseite
des Setzkopfes 38 und der entgegengesetzt angeordneten
Stirnseite der Matrize 54 eingeklemmt ist. Man sieht, dass
der ringförmige
erhöhte
Abschnitt 64 an der Stirnseite der Matrize 54,
der gemäß 7 ausgebildet sein kann,
eine geringfügig aufwärts gerichtete
Wulst der Blechkomponente 52 bewirkt. Während des weiteren Schließens der
Presse bei dem Arbeitshub wird der Stempel 42 weiter nach
unten bewegt, während
das Teil des Setzkopfes, das in schraffierten Linien gezeigt ist,
bezüglich des
Werkzeugoberteils der Presse oder ihrer Zwischenplatte elastisch
rückwärts abgelenkt
wird. In 12 ist der
Stempel 42 soweit nach unten bewegt worden, dass die Stirnseite 104 des
Bolzenelementes gerade mit der Blechkomponente 52 in Anlage kommt.
Aus 12 kann man deutlich
sehen, dass der Außendurchmesser
des zapfenartigen Endes 101 des Bolzenelementes wesent lich
kleiner als der Innendurchmesser der sich verjüngenden Ringausnehmung 112 an
der Stirnseite der Matrize ist.
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Dies bedeutet, dass der zapfenartige
Vorsprung 101 an dem Ende 100 des Bolzenelementes, das
als ein Schneidevorsprung wirkt, mit der Blechkomponente 52 in
Anlage kommt, die zwischen dem Schneidvorsprung und der darunter
liegenden Matrize 54 liegt, die koaxial mit der zentralen
Längsachse 50 des
Bolzenelementes ausgerichtet ist.
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Die sich verjüngende Ringausnehmung 112 der
Matrize geht über
eine Ringschulter in der Form einer flachen Schulter 113 in
einen Abschnitt 114 mit einem Durchmesser über, der
kleiner als der kleinste Innendurchmesser der sich verjüngenden
ringförmigen
Ausnehmung 112 ist, jedoch um ca. 0,1 mm größer als
der äußere Gewindedurchmesser
des Bolzenelementes 10 ist. Die genaue Form der sich verjüngenden
ringförmigen
Ausnehmung 112 ist später
in den 21 und 21A gezeigt. Der Übergang
von der sich verjüngenden
Ausnehmung zu der flachen Schulter kann gerundet sein. Zusätzlich kann
insbesondere (aber nicht ausschließlich) mit der Spitzendurchstechversion
der Matrize 54 der Übergang
von der Ringschulter 113 in die Bohrung 114 auch
als eine gerundete Schulter anstatt mit einem rechten Winkel ausgebildet
sein. Dies kann u. a. die Führung des
Bolzenelementes 10 unterstützen.
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Die Matrize 54 wird auf
eine bekannte Art und Weise in einem Stanz-/ Formwerkzeug oder in einer
Presse gehalten und befestigt.
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In 12A hat
sich der Setzstempel weiter nach unten bewegt, und die Spitze des
Bolzenelementes hat das Blech in die sich verjüngende Ausnehmung 112 der
Matrize 54 gepresst. Die Spannung in dem Blech hat auf
einen Wert zugenommen, der nur geringfügig unterhalb der Spannung liegt,
die zum Durchstechen des Bleches 52 notwendig ist. An dieser
Stufe ist zumindest teilweise ein Kragen 120 vorgeformt
worden. Es ist nur mehr eine geringfügige weitere Abwärtsbewegung
des Stempels 52 notwendig, um die Situation in 13 zu erreichen, in der das
Bolzenelement einen Butzen 116 aus der Blechkomponente 52 unter
dem Einfluss der Kraft F, die aus der Hubbewegung eines Werkzeugoberteils
der Presse resultiert, geschnitten hat. Die Tafel wird zuerst in
dem Bereich unterhalb des Befestigungselementes in der Phase, in
der der Butzen aus der Tafel geschnitten wird, in eine Kegelform
geformt. Anschließend
wird die Kegelform gezogen und/oder aufgeweitet, wenn der konische
Abschnitt 102 des Befestigungselementes (10) durch den kegelförmigen Tafelabschnitt getrieben
wird und dadurch eine rohrförmige
Verformung erzeugt hat, d. h. einen Kragen oder eine Aufweitung 120 in
der geformten Blechkomponente 52, wobei die rohrförmige Verformung
in der Richtung des freien Raumes 118 der Matrize gerichtet
ist. Aus der vergrößerten Zeichnung von
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13A wird
deutlich, dass die Seitenkanten 117 des Butzens 116 rauh
sind, und dies gilt auch für
die abwärts
gerichtete Stirnseite des ringförmigen Kragens 120,
d. h. des rohrförmigen
Abschnittes. Überdies
ist der Butzen 116 infolge seines Stanzens aus einem ungestützten Abschnitt
der Blechkomponente geringfügig
schüsselartig
gewölbt.
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In den Zeichnungen ist jedoch nicht
zu sehen, dass die keilförmigen
Nuten Kerben, Schnitte oder Risse in der Blechkomponente erzeugt
haben, die besonders vorteilhaft sind, da sie durch die Wirkung
des kegelstumpfförmigen
Abschnittes 102 weiter einreißen und die Kräfte verringern,
die für
die Verformung der Blechkomponente in dem Bereich des Kragens notwendig
sind.
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Die Kraft, die notwendig ist, um
das Bolzenelement durch den Kragen zu drücken, ist dementsprechend auch
verringert, und dies gilt auch für
die weitere Stufe des Einsetzverfahrens von 14, bei dem der Kragen durch das Gewindeteil
weiter aufgeweitet worden ist. Auf diese Art und Weise ist die auf das
Gewinde wirkende Kraft so verringert worden, dass kein Schaden an
dem Gewinde befürchtet
werden muss.
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Gemäß der Zeichnung von 14 ist das Bolzenelement
als Folge der abwärts
gerichteten Bewegung des Werkzeugoberteils (Nietstempel 42)
bewegt worden, was eine entsprechende Bewegung des Stempels 42 in
die Bohrung 124 der Matrize, die eine Führung bildet, bewirkt. Dabei
ist der rohrförmige
Abschnitt von 13 weiter
verbreitert worden und ist dabei größtenteils in einer formschlüssigen Art
und Weise in die Ringausnehmung 112 der Matrize geformt
worden.
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Diese Formung des Blechmaterials
erfolgt im Wesentlichen durch die ersten beiden Gewindegänge des
Bolzenelementes. Diese Gewindegänge
können
wesentlich härter
und mit höherer
Festigkeit unter Verwendung eines bekannten Wärmebehandlungsprozesses ausgebildet
werden, als die folgenden Gewindegänge, die mit einer spezifischen
Festigkeitsklasse, beispielsweise 8,8 in Verbindung stehen. Ein
Schaden an diesen Gewindegängen
wird durch die erhöhte
Festigkeit vermieden. Das Härten der
ersten Gewindegänge
eines Bolzenelementes ist an sich in der Technik und vor allem für selbstschneidende
Bolzen bekannt. Diese erhöhte
Festigkeit kann auch mit an sich bekannten Mitteln erreicht werden.
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Der gestanzte Butzen 116 fällt in der
Zeichnung von 14 durch
den freien Raum 118 der Matrize 54 und kann auf
eine bekannte Art und Weise entsorgt werden.
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Bei der in 15 gezeigten Stufe bewegt sich das Werkzeug
der Presse durch den unteren Totpunkt. Infolge des Zusammenwirkens
der Matrize
54 und der unteren Form des Bolzenelementes 10 erfolgt
eine formschlüssige
Verriegelung des Blechmaterials und des Kopfabschnittes 12 des
Bolzenelementes 10, wie vorher unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben wurde, wobei diese genietete
oder verriegelte Verbindung zu einer höheren Festigkeit neigt, als
der bekannte Komponentenzusammenbau der früheren europäischen Patentanmeldung EP-A-0
678 679, der aus einer mit einer vorher ausgebildeten Öffnung versehenen
Blechkomponente und einem Bolzenelement besteht. Der Grund dafür ist, dass
bei der vorliegenden Erfindung der Kragen 120 in dem kritischen
Bereich Material zur Verfügung
stellt, und dieses Material während
der Verformung, die während
eines Schließens
der Presse erfolgt, vollständiger
in die Ringausnehmung und in die geschlossenen Felder des Bolzenelementes
gepresst wird, wodurch eine höhere
permanente Spannung in diesem Bereich erreicht werden kann, was für die Festigkeit
der Verbindung vorteilhaft ist.
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Die Bewegung des Blechmaterials radial
in die Windungen der Gewinderille unmittelbar unterhalb des Kopfabschnittes
des Bolzenelementes wird durch die verjüngte Form der Ausnehmung 112 an der
Stirnseite der Matrize erleichtert. Die axiale Bewegung von Tafelmaterial
in die geschlossenen Felder wird durch den Ringvorsprung 64 an
der Stirnseite der Matrize unterstützt, wobei die Flanken des Ringvorsprunges
der Matrize helfen, den Materialfluss in die Gewindewindungen zu
unterstützen,
die die Ausnehmung an dem Schaftabschnitt 16 des Bolzenelementes 12 definieren.
Die Schulter 113 an dem Boden bzw. unteren Bereich der
sich verjüngenden
Ausnehmung unterstützt
nicht nur die Bewegung von Tafelmaterial radial und axial, sondern
begrenzt auch die axiale Ausdehnung des radial verformten Kragens,
so dass sich dieser nicht mit der Befestigung einer weiteren Blechkomponente
oder einer Mutter überlagern kann,
wie später
unter Bezugnahme auf die 24 und 25 beschrieben ist.
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Der Komponentenzusammenbau von 11 resultiert nach einem Öffnen der
Presse und einer Entfernung der Blechkomponente in einem daran genieteten
Bolzenelement.
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Es sei angemerkt, dass es mit dünnem Blech,
typischerweise mit einer Dicke von weniger als etwa 2,25 mm, vorteilhaft
ist, wenn ein Bolzenelement des Typs, der in der europäischen Patentanmeldung
EP-A-0 678 679 vorgeschlagen ist, mit einer vorgestochenen Blechkomponente
verwendet wird, oder wenn eine andere Befestigungseinrichtung verwendet
wird, in der das Blech mit einer radialen Nut oder mit einem oder
mehreren Gewindegängen
in Eingriff gebracht wird, um einen Widerstand gegenüber herausziehen
vorzusehen, damit die Blechkomponente mit einem Kragen auf einer
von dem Kopf des Befestigungselementes abgewandten Seite versehen
wird.
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Dieser Kragen, der während des
Durchstechvorgangs passend ausgebildet werden kann, beispielsweise
durch eine geeignet geformte Lochstanze (wie beispielsweise eine,
die dem Ende des spitzen Durchstechbolzens ähnelt, wie oben beschrieben
ist), besitzt die gleiche oder zumindest etwa die gleiche Form wie
der Kragen 120, der in den 11, 14 und 15 der vorliegenden Anmeldung gezeigt
ist. Während
des Einsetzens des weiteren Elementes in das vorgestochene Loch,
das mit dem Kragen versehen ist, wird das Material des Kragens dann
auf dieselbe Art und Weise wie bei den 14 und 15 gequetscht,
so dass es im Wesentlichen radial in die radiale Nut oder Gewindegänge des
Befestigungselementes fließt,
um einen Widerstand gegenüber
Herausziehen zu bilden. Diese Konstruktion besitzt noch einen weiteren
Vorteil. Aufgrund der Länge des
axialen Ein griffes zwischen dem Kragen und dem Bolzenelement besitzt
die Verbindung, die zwischen dem Befestigungselement und dem Blech
erzeugt wird, einen sehr hohen Widerstand gegenüber Kräften oder Kraftkomponenten,
die quer auf die Längsachse
des Befestigungselementes wirken und tatsächlich versuchen, das Befestigungselement
aus dem Blech durch eine Art von "Entniet"-Wirkung herauszuhebeln, d. h. gegenüber Kräften, die
beispielsweise in der Richtung K in 11 wirken.
Die bisher bekannten Elemente besitzen einen relativ niedrigen Widerstand
gegenüber
derartigen Hebelkräften.
Der Komponentenzusammenbau der vorliegenden Erfindung, d. h. der
Befestigungselement- und Blechzusammenbau, beispielsweise von 11, besitzt einen wesentlich
höheren
Widerstand gegenüber
derartigen Kräften.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung mit einem vorgestochenen
Loch wird später
unter Bezugnahme auf die 16 bis 21A zusammengefasst.
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Es sei angemerkt, dass das Einsetzen
des Befestigungselementes bei der Ausführungsform der 11 bis 15 durch
eine Matrize mit einer Ringnase bewirkt wird, die koaxial zu und
radial außerhalb
der Ringausnehmung 112 von 12 angeordnet
ist. Diese Ringnase kann entweder die in 7 gezeigte Form oder alternativ dazu
eine Ringnase 64 mit einem konstanten, etwa dachähnlichen
Querschnitt besitzen, beispielsweise wie in 15 gezeigt ist und wie detaillierter
in den 21 und 21A gezeigt ist.
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Es sei angemerkt, dass die Zylinderwand 115 der
Ringausnehmung 112 geringfügig in der Richtung weg von
dem Kopf des Befestigungselementes verjüngt ausgebildet ist. Während die
Presse geschlossen und das Bolzenelement eingesetzt wird, d. h.
während
des Nietens des Befestigungselementes an das Blech hilft diese sich
verjüngende
Fläche, das
Material des Kragens 120 radial einwärts in die radiale Nut oder
Windungen des Gewindes zu verformen. Diese Bewegung von Metall wird
auch durch die Formflächen
der konkaven Felder 20 begünstigt, d. h. durch den Winkel α (3). Zusätzlich stellt die radiale Fläche 113 an
der Basis der Ringausnehmung 112 einen sauberen Abschluss
zu dem Kragen nach einem Anbringen des Befestigungselementes sicher
und stellt sicher, dass das Kragenmaterial nicht axial in einem
Ausmaß vorragt,
das zu einer unzufriedenstellenden Verbindung mit einer weiteren Blechkomponente,
die an die erste geschraubt werden soll, führen könnte. Ferner hilft diese Fläche 113 auch
bei der radialen Verformung des Kragenmaterials, indem sichergestellt
wird, dass es nicht axial in der Richtung weg von dem Kopf des Befestigungselementes
entweichen kann.
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Zusätzlich dazu hilft die Fläche 113 sicherzustellen,
dass das verformte Blechmaterial die konkaven Felder 20 ausfüllt. Wenn
der Kragen 120 vor dem Einsetzen des Befestigungselementes
vorgeformt wird, sollte er bevorzugt einen Innendurchmesser gleich
oder geringfügig
kleiner als der maximale Durchmesser des Befestigungselementes in
dem Bereich der radialen Nut oder letzten Gewindegänge besitzen.
Die Bereitstellung eines derartigen Kragens durch einen Vorstechvorgang
ist ebenfalls nützlich, um
ein Zentrieren des Befestigungselements bei seinem Einsetzen in
das vorgestochene Loch zu erleichtern.
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Es sei angemerkt, dass bei dickerem
Blech, d. h. oberhalb etwa 2,25 mm, die Matrize auf eine ähnliche
Art und Weise geformt ist, so dass ein Kragen, der über die
Ebene der Blechkomponente von dem Kopf des Befestigungselementes
weg vorragt, hier auch erzeugt wird, insbesondere, wenn eine Matrize
mit einer Ringnase 64 verwendet wird, wie oben beschrieben
ist. Somit können
gute Wert für
den Aushebelwiderstand sowohl mit dicken als auch dünnen Blechkomponenten
erreicht werden.
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Ferner ist die äußere Form des Kragens 120 geringfügig konisch
ausgebildet – sowohl
bei dünnem
Blech als auch dickem Blech, und dies erleichtert ein Zentrieren
einer anderen Blechkomponente, die über dem Schaftende des Befestigungselementes
angeordnet wird und die an die Blechkomponente 52 geklemmt
werden soll.
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Schließlich sei angemerkt, dass die
sich radial erstreckenden Abschnitte der Rippen 22 die
konkaven Felder 20 nicht vollständig begrenzen müssen, sondern
stattdessen sich nur über
einen Teil entlang der radialen Grenzen dieser Felder erstrecken
können.
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Die Verwendung eines Kragens, um
ein Bolzenelement zu sichern, das in einem Loch in einer vorgestochenen
Tafel befestigt ist, wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf
die 16 bis 21A beschrieben.
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16,
die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, zeigt eine Blechkomponente 52 mit
einem ebenen zylindrischen Loch 58, das darin vorgeformt ist.
Dies kann beispielsweise durch Stanzen oder Bohren ausgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass das Blech eine Dicke S besitzt, die größer als
2,25 mm ist. Bei Tafeldicken von größer als 2,5 mm ist es nämlich ausreichend,
die Tafel einfach durch Formen eines solchen einfachen zylindrischen
Loches 58 vorzubereiten.
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Bei Tafeln mit einer Dicke gleich
oder kleiner als 2,25 mm wird die Tafel so vorbereitet, dass sie eine Öffnung 58 mit
einem Ringkragen oder einer Ringaufweitung 120 besitzt,
die durch eine Lochstanze 200 mit der in 17 gezeigten Form ausgebildet ist. Es
sei angemerkt, dass die Lochstanze 200 einen zylindrischen
Zapfen 202 an ihrem vorderen Ende besitzt, wobei der zylindrische
Zapfen 202 eine planare Stirnseite 204 aufweist,
die rechtwinklig zu der zentralen Längsachse 206 der Lochstanze
ange ordnet ist. Die kreisförmige
Kante 208, die an der Überschneidung
der vorderen Stirnseite 204 mit der zylindrischen Wand
des Zapfens 202 ausgebildet ist, ist eine Schneidekante.
Hinter dem zylindrischen Zapfen 202 befindet sich eine
Schulter 210 mit einer gerundeten Kante 212, die
einen Übergang
zu einem zylindrischen Abschnitt 214 der Lochstanze mit
einem größeren Durchmesser
bildet.
-
Das Stanzen des Loches 58 wird
durch Verwendung einer Matrize 214 bewirkt, deren Stirnseite, die
zu der Lochstanze weist, in einen Längsschnitt in 19 gezeigt ist. Es sei angemerkt, dass
die Matrize eine zylindrische Zentralbohrung mit einem Durchmesser
C besitzt, die an der vorderen Stirnseite der Matrize 214 über einen
Radius 216 in die flache Stirnseite der Matrize übergeht.
Die entsprechende Abmessung C ist in 18 ebenfalls
eingezeichnet, und es ist zu sehen, dass diese dem maximalen Außendurchmesser
des allgemein konischen Kragens 120 entspricht, und dass
die gerundete Schulter 216 einen entsprechenden Radius 218 an dem
Punkt gebildet hat, an dem der Kragen in die Ebene der Blechkomponente 52 übergeht.
-
Es sei auch angemerkt, dass der Durchmesser
D der Öffnung 58 nur
geringfügig
größer als
der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 214 der Lochstanze 200 ist.
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Die Wirkung der Lochstanze 200 und
ihr Zusammenwirken mit der Matrize 214 ist sehr ähnlich zu
der Situation, die mit dem unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 gezeigten
und beschriebenen Spitzendurchstechverfahren auftritt.
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Das anfängliche Stanzen wird durch
den zylindrischen Zapfen 202 ausgeführt, wobei die Blechtafel auf
der Matrize 214 mit einem Durchmesser gestützt wird,
der wesentlich größer als
der Durchmesser F des zylindrischen Zapfens 202 der Lochstanze 200 ist.
Dies führt
wiederum dazu, dass das Tafelmaterial gepresst wird, bevor der Butzen
(nicht gezeigt) daraus ausgestanzt wird, wie in 12A gezeigt ist. Anschließend vervollständigt die
Schulter 208 mit dem Radius 212 die Formung der
Aufweitung oder Öffnung
in der Blechkomponente, was zu einer Form führt, die in 18 gezeigt ist. Es sei angemerkt, dass
die Höhe
H und die Kantenform des Kragens nicht spezifisch definiert sind,
sondern diese einfach durch das Zusammenwirken der Lochstanze mit
der Matrize natürlich
entstehen. Dies bedeutet, dass das Ende des Kragens geringfügig ungleichmäßig ist,
wie in 18 gezeigt ist.
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Die Höhe H des Kragens liegt typischerweise auf
einem Minimum von 1,5 mm ungeachtet der genauen Dicke S der Blechkomponente 52.
Der Durchmesser D ist nur geringfügig größer als der Nenn-Außengewindedurchmesser
des Bolzenelementes, das verwendet wird, beispielsweise ist D etwa
0,1 mm größer als
der Nenn-Bolzendurchmesser ausgebildet.
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20 zeigt
anschließend
eine Skizze, die den Komponentenzusammenbau zeigt, nachdem ein Bolzenelement 10 des
bevorzugten Typs, der anschließend
unter Bezugnahme auf die 22 und 23 beschrieben wird, in die
Blechkomponente 52 unter Verwendung eines Setzkopfes, wie
beispielsweise 38 in 12,
in Zusammenwirken mit einer Matrize 54 gepresst worden
ist, die detaillierter in 21 gezeigt
ist. Die genaue Form der Stirnseite der Matrize 54 ist
in 21A in einem größeren Maßstab gezeigt,
die eigentlich in einem Kreis den Abschnitt der in 21 umkreisten Matrize 54 zeigt.
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Es sei hinsichtlich der 21 und 21A angemerkt, dass die Matrize eine
Ringnase 64 besitzt, die eine allgemein dachförmige Form
mit schrägge stellten
Flanken besitzt, wobei die äußere Flanke 222 in die
planare Stirnseite 224 der Matrize übergeht und die schräggestellte
innere Flanke 226 in eine zylindrische Ausnehmung 228 innerhalb
der zentralen Bohrung 114 der Matrize übergeht. Die geneigte Flanke 226 hat
eine sich verjüngende
Ausnehmung 112 zur Folge, wie vorher unter Bezugnahme auf
die 12 bis 15 beschrieben worden ist.
Es ist zu sehen, dass die zylindrische Ausnehmung 228 eine
flache Schulter 113 an ihrem unteren Bereich bzw. Boden
aufweist, die im Gebrauch mit dem Ende des Kragens 120 von 18 in Kontakt steht und
das maximale axiale Vorragen des Kragens bestimmt, sobald das Bolzenelement 10 eingepasst
worden ist.
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Aus dem eingekreisten Abschnitt des
Komponentenzusammenbaus von 20 (der
einen Teil eines Längs-Axialschnittes
durch den Zusammenbau umgibt) kann gesehen werden, dass der Kragen 120 auf
einem Niveau 230 endet, das durch die flache Schulter 113 in 21A festgelegt ist. Dieses
Niveau 230 steht infolge des Eingriffs des Kragens 120 über einen
wesentlichen Anteil der Länge
des Bolzenelementes 10 mit einer erheblichen Größe über die Blechkomponente 52 hervor. 20 zeigt auch deutlich die
Ringausnehmung 232, die durch die Ringnase 64 der
Matrize 54 gebildet ist. Es sei angemerkt, dass das Tafelmaterial
so verformt worden ist, dass es die konkaven Felder, wie beispielsweise 20,
unterhalb des Kopfes des Bolzenelementes 10 füllt, und dass
der Kragen 120 radial in Eingriff mit dem Gewinde unmittelbar
unterhalb des Kopfes des Bolzenelementes 10 gedrückt worden
ist. Die radiale Dicke des Kragens verjüngt sich allgemein von der
Basis der Ringnut 232 in Richtung des von dem Kopfabschnitt 12 des
Bolzenelementes abgewandten axialen Endes des verformten Kragens.
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Es sei angemerkt, dass, wenn dickere
Blechkomponenten 52, d. h. Blechkomponenten 52,
bei denen S größer als
2,25 mm ist, verwendet werden, eine Matrize 54 mit derselben
allgemeinen Form wie in 21 und 21A gezeigt verwendet wird,
wobei dies in der Bildung einer Form des Bleches in dem Eingriffsbereich
mit dem Bolzenelement resultiert, die genau derjenigen von 20 entspricht, d. h. ein Kragen
wird auch in diesem Fall durch plastischen Fluss des Bleches infolge
des Zusammenwirkens der Matrize 54 mit dem Setzkopf, der
auf das Bolzenelement 10 wirkt, gebildet.
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22 zeigt
in vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht
teilweise im Längsschnitt
der bevorzugten Konstruktion des Kopfabschnittes 12 und
des Schaftabschnittes 16 des Bolzenelementes 10 in dem
Bereich benachbart des Kopfäbschnittes 12.
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Die konkaven Felder 20,
die in der Ansicht von 23 besser
zu sehen sind, sind, wie in der Richtung von Pfeil XXIII in 22 zu sehen ist, allgemein
sektorförmig
ausgebildet und unterscheiden sich etwas von den allgemein quadratisch
geformten Feldern 20, die in 1 gezeigt
sind. Hierbei sind sechs Rippen 22 vorhanden, wobei sich
die radialen Abschnitte der Rippen 22, die die Felder 20 begrenzen,
in der radialen Richtung weg von der Achse 50 des Bolzenelementes 10 geringfügig verjüngen. Wiederum
besitzen die Rippen 22 Abschnitte, die sich axial entlang
des Schaftabschnittes 16 des Bolzenelementes 10 und
eigentlich über
eine Länge
L erstrecken, die von der genauen Größe des Bolzens abhängt und
die beispielsweise für
einen metrischen Bolzen mit 5 mm gleich 0,5 mm wäre.
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Das Gewinde 14 des Bolzens
wird nach Ausbildung des Restes des Bolzenelementes durch Kaltstauchen
auf den Schaftabschnitt 16 des Bolzenelementes gewalzt.
Es sei angemerkt, dass das Gewinde, das dazu bestimmt ist, die Mutter
aufzunehmen, den Durchmesser G besitzt, jedoch in dem Bereich 234 über in etwa
drei Gewindegänge
in einen Bereich des Schaftes mit geringfügig größerem Durchmesser H fortgesetzt
ist. Beim Einsetzen des Bolzens wird der Kragen in Eingriff mit
dem Gewinde in dem Abschnitt 234 gebracht, d. h. mit dem
Gewinde in dem Bereich mit größerem Durchmesser
H. Es ist auch möglich,
das Gewinde in dem Bereich 234 mit größerem Durchmesser auszuführen, so
dass es etwas härter
als der Rest des Gewindes ist. Dies kann durch Wärmebehandlung durchgeführt werden, die
an sich bekannt ist, wie in Verbindung mit dem Härten der ersten Gewindegänge benachbart
der Spitze des Bolzens bei der Spitzendurchstechausführungsform
beschrieben ist. Dies ist in 24 detaillierter
gezeigt, die einen teilweisen Längsschnitt eines
Komponentenzusammenbaus zeigt, der das Bolzenelement 10 umfasst,
das in einer Blechkomponente 52 angebracht ist, wobei eine
weitere Blechkomponente 236 auf der Blechkomponente 52 angeordnet
und damit durch ein Mutternelement 238 befestigt ist, das
mit dem Gewindezylinder 14 des Schaftabschnitts 16 des
Bolzenelementes 10 in Eingriff steht.
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24 zeigt
auch deutlich die Ringausnehmung 232, die in der Blechkomponente 52 und
dem Kragen 120 vorgesehen ist, nachdem diese radial verformt
worden ist, so dass sie mit zwei bis zweieinhalb Gewindegängen in
dem Bereich 234 in Eingriff steht.
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Es sei angemerkt, dass die weitere
Blechkomponente 236 eine Zentralöffnung 240 besitzt,
die über
den radial verformten Kragen 120 mit einem geringfügigen Spielraum 250 dazwischenpasst,
der zwischen dem Rand der Öffnung 240 und
dem Kragen 120 gelassen wird. Die Mutter 238 ist
eine typische Mutter, die heutzutage in der Motorindustrie verwendet
wird und einen einteiligen Flansch 242 für eine Lastverteilung
bzw. -spreizung besitzt. Sie besitzt auch eine Abschrägung 246 benachbart
des Gewindeabschnittes ihrer Bohrung. Gewöhnlich besitzt sie auch eine
mehreckige Außenfläche 248 für die Anwendung
eines Spannschlüssels
oder Schraubenschlüssels.
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Ungeachtet der Tatsache, dass die
Ringnut 232 einen Hohlraum darstellt, ist immer noch mehr als
angemessen Anlagefläche
des lastübertragenen Teils
zwischen der Mutter und dem Bolzenelement vorhanden, so dass Oberflächendrücke gut
innerhalb des Wertes gehalten werden, bei dem eine permanente Verformung
der Komponenten zu erwarten ist.
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25 ist
grundsätzlich
ein Schaubild ähnlich
zu 24, zeigt aber die
Situation, bei der die weitere Blechkomponente 236 bezüglich der
Achse 50 des Bolzenelementes (nicht gezeigt) außermittig bzw.
exzentrisch anstatt konzentrisch, wie in 24 gezeigt ist, positioniert ist. Diese
außermittige
Positionierung zeigt sich durch einen größeren Spalt 250 auf
einer Seite des Bolzenelementes, als es der Fall in 24 ist. Derartige außermittige Anordnungen sind
in der Praxis aufgrund von Toleranzerwägungen zu erwarten, insbesondere,
wenn die weitere Blechkomponente 236 über mehr als ein Bolzenelement 10 eingepasst
werden muss. Es hat sich gezeigt, dass die Oberflächendrücke innerhalb
des geklemmten Zusammenbaus, der die Mutter, den Bolzen und die beiden
Blechkomponenten umfasst, innerhalb der normalen Toleranzen, die
bezüglich
der Außermittigkeit
und der Lochgröße zu erwarten
sind, in akzeptablen Grenzen gehalten werden können. Interessanterweise wird
dies auch mit Kopfdurchmessern der Bolzenelemente mit vorteilhafter
Größe im Vergleich
zu anderen bekannten Befestigungseinrichtungen erreicht.
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In den 24 und 25 kann auch gesehen werden,
dass keine Ausdünnung
der Blechkomponente 52 in dem geklemmten Bereich erfolgt,
und es kann auch gesehen werden, dass ein guter Eingriff zwischen
der Blechkomponente 52 und der gesamten Unterseite des
Kopfabschnittes 12 des Bolzenelementes 10 besteht.
Zusätzlich
kann gesehen werden, dass sich der Kragen 120 axial über die
Oberfläche
der Blechkomponente 52, die dem Kopf des Bolzenelementes
gegenüberliegt,
hinaus erstreckt. Dieser ausgedehnte Eingriff über eine wesentliche axiale Länge des
Bolzens und innerhalb einer Vielzahl von Gewindegängen stellt
sicher, dass das Bolzenelement einen äußerst guten Widerstand gegenüber Herausziehen
und Aushebeln besitzt. Es besitzt auch einen äußerst guten Widerstand gegenüber Herausdrehen,
da die Felder 20 mit dem Tafelmaterial 52 gut gefüllt sind,
so dass ein vollständiger
Eingriff zwischen dem Material der Blechkomponente 52 und den
Rippen 22 erfolgt, was diesen Widerstand. gegenüber herausdrehen
erzeugt.
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Es sei angemerkt, dass in allen Figuren
die gleichen Bezugszeichen verwendet sind, um gemeinsame Teile oder
Teile mit einer gemeinsamen Funktion zu bezeichnen. Es ist insbesondere
vorteilhaft, wenn der Setzkopf oder das Verfahren der deutschen
Patentanmeldung P 44 29 737.8 zum Einsetzen des Bolzenelementes
gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird.
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Ferner werden Elemente gemäß der vorliegenden
Erfindung typischerweise aus einem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt,
beispielsweise 35 B2 Stahl gemäß der deutschen Industrienorm
DIN 1654 hergestellt, der einem S1035 Stahl in den USA gleichwertig
ist.