EP3615265A1 - Einpress-verbindungselement und verfahren zum verankern von einpress-verbindungselementen in ein bleibend verformbares metallisches flachmaterial oder daraus hergestellte bauteile bzw. werkstücke - Google Patents

Einpress-verbindungselement und verfahren zum verankern von einpress-verbindungselementen in ein bleibend verformbares metallisches flachmaterial oder daraus hergestellte bauteile bzw. werkstücke

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Publication number
EP3615265A1
EP3615265A1 EP18703979.7A EP18703979A EP3615265A1 EP 3615265 A1 EP3615265 A1 EP 3615265A1 EP 18703979 A EP18703979 A EP 18703979A EP 3615265 A1 EP3615265 A1 EP 3615265A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
press
diameter
section
knurling
connection element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18703979.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Schmidt
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3615265A1 publication Critical patent/EP3615265A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
    • B23P19/062—Pierce nut setting machines
    • B23P19/064—Deforming the support material only, e.g. the sheet or plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B33/00—Features common to bolt and nut
    • F16B33/002—Means for preventing rotation of screw-threaded elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/04—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates
    • F16B37/06—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting
    • F16B37/062—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting by means of riveting
    • F16B37/068—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting by means of riveting by deforming the material of the support, e.g. the sheet or plate

Definitions

  • the invention relates to a press-in connection element and a method for anchoring press-in connection elements in a permanently deformable metallic flat material or components or workpieces produced therefrom according to the preamble of patent claims 1 and 12.
  • connection elements which are introduced or anchored in a permanently deformable metallic flat material, in particular a metal sheet or a component or workpiece made therefrom by joining and subsequent pressing, are well known.
  • Such press-in fasteners are often in the form of
  • Press-in nuts with internal thread or Einpressbuchsen formed without internal thread By appropriate choice of the material hardness of the material of the press-in connection element in comparison to the permanently deformable metallic flat material, only the metallic flat material, in particular sheet metal and not the press-in connection element is deformed during the press-fitting process. Press-in fasteners usually have a sleeve-like
  • Basic body with a head portion and a subsequent thereto along a longitudinal axis, reduced in cross-section compared to the head portion
  • the shank portion has a directly to the
  • the lateral surface is designed for rotationally fixed fixing of the press-in connection element in the metal sheet as knurling or other non-circular or polygenic lateral surface.
  • a preferably annular press-in portion is provided, which is a
  • Undercut area come, which adversely affect the subsequent punching process, in particular to a faulty positioning and / or
  • the object is based on a press-in connection element according to the features of
  • the threaded joint section has a first diameter and the press-in section has a second diameter and the second diameter is smaller than the first diameter, wherein the second
  • Diameter approximately corresponds to the initial diameter of the joint section before introducing the knurling into the lateral surface or approximately the first diameter minus the half knurling depth.
  • the diameter of the knurling or joining portion of the shank portion compared to the punched portion of the shank portion of the press-in connection element designed such that neither by the
  • Material displacement in the axial direction arises.
  • the punching process is not adversely affected.
  • the material displacement is generated almost exclusively by the punching tool or a die with annular embossing.
  • the ringing is designed as a so-called RAA knurl with a plurality of grooves running parallel to the longitudinal axis.
  • RAA knurls form in the longitudinal direction of the connecting element and thus in the joining direction of the
  • the knurling formed as RAA-twisting has a pitch and a profile angle and the difference between the first - -
  • first and second diameter is chosen according to the invention as a function of the pitch of the ring, wherein the following relationship exists between the first and second diameter d 1, d 2 and the pitch t:
  • the RAA knurling is standardized in DIN82 and may, for example, have standardized pitches of 0.5 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm or 1.6 mm.
  • a pitch t of 0.8 mm and a profile angle of 90 ° are particularly preferred.
  • the first diameter is particularly advantageously chosen such that it corresponds to the diameter of a virtual circular line about the longitudinal axis on which the outer points of the knurling come to lie.
  • the knurling depth corresponds to the difference between the radius of the virtual circular line about the longitudinal axis on which the outer tips of the
  • Knurling or the teeth of the serrated profile come to rest, and the radius of the other virtual circle around the longitudinal axis, come to rest on the inner peaks of the knurling or the teeth of the serrated profile.
  • Einpressabrough formed an annular undercut portion having a preferably concentric with the longitudinal axis extending
  • groove and / or annular recess forms, in which during pressing of the press-in connection element with the metal sheet surrounding the press-in connection element material of the metal sheet is plastically deformed.
  • the annular undercut portion has a third diameter which is smaller than the second diameter, and that is the difference between the second and third diameter
  • the press-fit is by a
  • the invention also relates to a prefabricated assembly comprising an injection-molded connection element according to the invention and a permanently deformable metallic flat material or a component or workpiece made therefrom, in which the press-in connection element is formed by joining and compression in the permanently deformable metallic flat material or a component made therefrom or Workpiece is introduced or anchored therein.
  • the invention further relates to a method for anchoring a press-in connection element in a permanently deformable metallic flat material, in particular a metal sheet or a component or workpiece made thereof by joining and pressing, wherein the press-in connection element has a head portion and a along one
  • Pressing section has. Particularly advantageous is the joining of the press-in connection element in the permanently deformable metallic
  • Sheet material or metal sheet is plastically deformed and displaced into a provided between the threaded joint portion and the press-fitting section annular undercut section. Due to the dimensioning according to the invention of the joining and press-fitting sections of the press-in connection element, uniform plastic deformation of the material of the flat material or metal sheet surrounding the press-fit connection element into the annular undercut section is possible.
  • a matrix cooperating with a support is used with an embossing collar which receives the press-in section in such a way that the material of the flat material or metal sheet does not flow for the anchoring or pressing of the press-in connection element in the flat material or metal sheet Deformation of the press-in connection element is effected.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a press-fit connecting element according to the invention, an end view of the shank section of FIG. 1
  • FIG. 1 is an example of a perspective view of a press-in connection element
  • connection element 1 shown which in the illustrated embodiment as a press-nut element with
  • press-in connection element 1 can also be used as a press-in socket element
  • the press-fit connection element 1 is formed in one piece or in one piece and made of a material or material mixture.
  • the press-fit connection element 1 is designed for insertion and anchoring in a permanently deformable metallic flat material, in particular a metal sheet 10 or a component or workpiece made thereof by joining and pressing and for this purpose has a sleeve-shaped base body extending along a longitudinal axis LA, at least one
  • Head section 2 and a along the longitudinal axis LA immediately adjoining shank portion 3 includes.
  • the shaft portion 3 is formed by a substantially circular cylindrical collar, which compared to - -
  • Head section 2 is reduced cross-section, so that in the inserted state of the head portion 2 comes to rest against the top of the metal sheet. Also, the head portion 2 is preferably realized in the form of a circular cylindrical body portion.
  • the sleeve-shaped base body has a preferably
  • the inner wall is provided for example with an internal thread.
  • the circular cylindrical cavity 4 extends over the entire length of the press-in connection element 1 and thus forms a through hole for receiving and / or performing a rod-shaped element,
  • the shaft of a screw or bolt for example, the shaft of a screw or bolt.
  • the press-fit connection element 1 is designed for press-fitting into a metal sheet 10 or into a component or workpiece produced from a metal sheet 10, and this is to be formed therein by joining and pressing
  • FIG. 5 shows, for example, a schematic longitudinal section through a press-in connection element 1 introduced into a metal sheet 10 and a longitudinal section through the corresponding tools 12, 13.
  • the press-in connection element 1 is preferably inserted into a pre-perforation 11 in the metal sheet 10 with the corresponding tools 12 , 13 pressed in and anchored in it.
  • the component or workpiece may be, for example, a component or workpiece made of sheet steel by punching and bending.
  • the material hardness of the press-fit connection element 1 is preferably greater than the material hardness of the metal sheet 10.
  • the shank portion 3 has, for example, one directly to the
  • the longitudinal axis LA is adaptable. Further, the shaft portion 3 at its free, the head portion 2 opposite end of a press-in 3.2, which is preferably formed by a concentric about the longitudinal axis LA rotating, annular press-fit collar. In the absence of pre-perforation 11 in the metal sheet 10, the press-in 3.2 also an annular
  • the joining section 3.1 has a lateral surface with a knurling RA, in particular a knurling RA with a plurality of grooves running parallel to the longitudinal axis LA, which is referred to as RAA knurling.
  • a serrated profile running around the longitudinal axis LA is produced on the lateral surface of the joining section 3.1, wherein in each case a groove is trapped between two consecutive serrations.
  • the knurling RA has a knurling depth T.
  • the knurling RA shown or indicated in FIGS. 1 to 5 is designed, for example, as RAA knurling with a pitch t of 0.8 mm and a profile angle of 90 °. It goes without saying that RAA knurls with different pitches t standardized according to DIN 82, for example 0.5 mm, 0.6 mm, 1.0 mm, 1.2 mm or 1.6 mm, can also be used. Also alternative profile angles are possible.
  • Diameter d l here denotes the diameter of a virtual circle around the longitudinal axis LA, on which the outer tips of the knurling RA or
  • the first diameter d l denotes the outer diameter of the threaded
  • the knurling depth T corresponds to the difference between the radius of the virtual circle around the longitudinal axis LA, on which the outer points of the knurling RA or the serrations of the serrated profile come to lie, and the radius of the other - -
  • the knurling RA is preferably produced in this context by turning. Alternatively, the knurling RA can be made by cold working.
  • the threaded joint section 3.1 has the first diameter d1 and the press-in section 3.2 has a second diameter d2, wherein the second diameter d2 is smaller than the first diameter d1.
  • the second diameter d2 is approximately equal to
  • Knurling depth T in particular in a knurling RA produced by cold forming.
  • the second diameter d2 is thus halfway through
  • the first diameter d 1 of the threaded joint section 3.1 is thus 0.4 mm larger than the second diameter d 2, i. the difference of the first and second diameters d 1, d 2 is selected as a function of the pitch t of the knurling RA. This is particularly true for RAA knurling produced by turning.
  • the difference of the first and second diameters dl, d2 is selected depending on the pitch t of the knurl RA or the knurling depth T. This applies in particular to a RAA knurl produced by turning or cold forming. - -
  • the head portion 2 is also formed in a preferred embodiment by a circular cylindrical portion having a head diameter dk and a head width bk each with respect to the longitudinal axis LA. Furthermore, the preferably circular cylindrical cavity 4 has a
  • Inner diameter di on which is selected depending on the application, in particular depending on the amount of internal thread to be provided.
  • annular undercut section 3.3 is arranged, which has a concentric with the longitudinal axis LA extending, nut and / or annular
  • Undercut section 3.3 may have different cross-sectional shapes, for example, form a cross-sectionally triangular or trapezoidal undercut.
  • the annular undercut section 3.3 is thus reduced in cross-section compared to the joining section 3.1 and the press-in section 3.2 and thus jumps back radially in the direction of the longitudinal axis LA.
  • the press-in connection element 1 is additionally anchored in addition to the knurling RA of the joint section 3.1 in the metal sheet 10 and in particular secured against rotation.
  • the threaded joint section 3.1 is formed by a to the head portion 2 along the longitudinal axis LA immediately subsequent threaded, circular cylindrical portion having a first width bl based on the extension along the longitudinal axis LA.
  • the second threaded joint section 3.1 is formed by a to the head portion 2 along the longitudinal axis LA immediately subsequent threaded, circular cylindrical portion having a first width bl based on the extension along the longitudinal axis LA.
  • Diameter d2 is relative to that outer peripheral surface or peripheral edge of the press-in section 3.2, which has the greatest radial distance from the longitudinal axis LA.
  • This press-in section 3.2 is formed, for example, by an annular press-fit collar whose largest outer diameter forms the second diameter d2.
  • Einpressabiteses 3.2 of the shaft portion 3 a flat annular surface, which is concentric to the longitudinal axis LA.
  • the annular undercut section 3.3 has a third diameter d3, preferably in the region of the peripheral surface with the smallest radial distance to the longitudinal axis LA.
  • the third diameter d3 of the annular undercut section 3.3 is smaller than the first and second diameters d l, d2.
  • the difference between the second and third diameters d2, d3 is preferably selected in the range between 0.25 times and the simple of the pitch t of the knurling RA of the knurled joining section 3.1 designed as RAA knurling.
  • the annular undercut section 3.3 is formed by a circular cylindrical section which concentrically revolves around the longitudinal axis LA and has a third section
  • Width b3 formed, the cross-section widening via a respective obliquely to the longitudinal axis LA extending transition section in the joint section 3.1 and the press-in section 3.2 passes.
  • the annular undercut section 3.3 has an arc-shaped cross-sectional profile, so that the third width b3 is substantially reduced to a vertex line with the smallest radial distance to the longitudinal axis LA.
  • the annular undercut section 3.3 may have a triangular cross-sectional profile, wherein this annular undercut section 3.3 opens in a gap-like manner to the outside or the receiving space formed thereby tapers in the direction of the longitudinal axis LA.
  • Figure 5 shows an example in a schematic side view of the
  • the diameter of the pre-perforation 11 is preferably slightly smaller than or equal to the second - -
  • a corresponding buzzing be punched out of the metal sheet, which allows subsequent joining of the joint section 3.1 in the tool.
  • the press-in connection element 1 is deformed by deforming the material of the metal sheet 10 around the pre-punched joint opening or pre-punch 11, in such a way that the material radially into the parallel to the longitudinal axis LA running grooves of the knurling RA flows, but an axial displacement of the material in the joining direction, ie along the longitudinal axis LA is avoided.
  • the head section 2 with its underside facing the joining section 3.1 bears against the top side 10a of the metal sheet, the remaining shaft section 3 preferably being completely accommodated in the pre-perforation 11 and, for example, flush or approximately flush with the underside 10b of the metal sheet 10.
  • the shaft portion 3 with its free end, with the
  • Press-in 3.2 project beyond the bottom 10 b of the metal sheet 10.
  • the support 12 is formed for example by a ram or plunger.
  • the press-in connection element 1 in the joining opening or pre-perforation 11 is with the die 13, which during pressing with her
  • Stamping collar 14 encloses the press-in section 3.2 or press-fit collar or completely absorbs almost exclusively force on the material of the
  • Metal sheet 10 exercised, in such a way that for anchoring or
  • FIG. 5 shows a prefabricated assembly comprising an insert-in connection element 1 according to the invention and a metal sheet 10, wherein the press-in connection element 1 is introduced by joining and pressing into the metal sheet 10 indicated by way of example. It is understood that the indicated metal sheet 10 may also be part of a component or workpiece produced therefrom, without thereby departing from the inventive idea.
  • Undercut section 3.3 in its entire course, especially in the area of the transitions to the joint section 3.1 and / or press-in 3.2 with a high pressure or clamping force against the edge of the metal sheet 10 surrounding the joining opening or pre-punch 11.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Joining Of Building Structures In Genera (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einpress-Verbindungselement (1) zum Einbringen in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial (10) oder ein daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück durch Fügen und Verpressen, umfassend einen Kopfabschnitt (2) und einen daran entlang einer Längsachse (LA) anschließend, gegenüber dem Kopfabschnitt (2) zurückversetzten Schaftabschnitt (3), wobei der Schaftabschnitt (3) zumindest einen unmittelbar an den Kopfabschnitt (2) anschließenden Fügeabschnitt (3.1) mit einer eine Rändelung (RA) aufweisenden Mantelfläche und einen daran entlang der Längsachse (LA) anschließenden Einpressabschnitt (3.2) aufweist. Besonders vorteilhaft weisen der gerädelte Fügeabschnitt (3.1) einen ersten Durchmesser (d1) und der Einpressabschnitt (3.2) einen zweiten Durchmesser (d2) auf und der zweite Durchmesser (d2) ist kleiner als der erste Durchmesser (d l), wobei der zweite Durchmesser (d2) näherungsweise dem Ausgangsdurchmesser (D) des Fügeabschnittes (3.1) vor dem Einbringen der Rändelung (RA) in die Mantelfläche oder näherungsweise dem ersten Durchmesser (d1) abzüglich der halben Rändelungstiefe (T) entspricht.

Description

Einpress-Verbindungselement und Verfahren zum Verankern von
Einpress-Verbindungselementen in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial oder daraus hergestellte Bauteile bzw.
Werkstücke
Die Erfindung betrifft ein Einpress-Verbindungselement und ein Verfahren zum Verankern von Einpress-Verbindungselementen in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial oder daraus hergestellte Bauteile bzw. Werkstücke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 12.
Einpress-Verbindungselemente, die in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial, insbesondere ein Metallblech oder einem daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück durch Fügen und anschließendes Verpressen eingebracht bzw. verankert werden, sind hinlänglich bekannt.
Derartige Einpress-Verbindungselemente sind häufig in Form von
Einpressmuttern mit Innengewinde oder Einpressbuchsen ohne Innengewinde ausgebildet. Durch entsprechende Wahl der Materialhärten des Materials des Einpress-Verbindungselementes im Vergleich zu dem bleibend verformbaren metallischen Flachmaterial wird beim Einpressvorgang ausschließlich das metallische Flachmaterial, insbesondere Metallblech und nicht das Einpress- Verbindungselement an sich verformt. Einpress-Verbindungselemente weisen in der Regel einen hülsenartigen
Grundkörper mit einem Kopfabschnitt und einen daran entlang einer Längsachse anschließenden, im Vergleich zum Kopfabschnitt querschnittsreduzierten
Schaftabschnitt auf. Der Schaftabschnitt weist einen unmittelbar an den
Kopfabschnitt anschließenden Fügeabschnitt auf, dessen Mantelfläche zur drehfesten Fixierung des Einpress-Verbindungselementes im Metallblech als Rändelung oder sonstige unrunde bzw. polygene Mantelfläche ausgebildet ist. Am freien, dem Kopfabschnitt gegenüberliegenden Ende des Schaftabschnittes ist ein vorzugsweise ringförmiger Einpressabschnitt vorgesehen, der eine
Hinterschneidung zwischen dem Fügeabschnitt und dem Einpressabschnitt bildet. Nach dem Fügen, d .h. nach dem Einsetzen des Fügeabschnitts des
Schaftabschnittes des Einpress-Verbindungselementes in eine im Metallblech vorbereitete Fügeöffnung, auch Vorlochung genannt, erfolgt das Verbinden bzw. Verankern des Verbindungselementes durch Verpressen unter plastischer Verformung des Metallblechs im Bereich der Fügeöffnung, in dem das Einpress- Verbindungselement verankert werden soll. Für die durch Fügen und Verpressen erzeugte Verbindung zwischen dem Blech und dem Verbindungselement wird u.a. gefordert, dass diese Verbindung eine hohe Festigkeit gegen Ausdrücken des Einpress-Verbindungselementes aus dem Metallblech durch axial wirkende Kräfte sowie auch eine hohe Festigkeit gegen Verdrehen, d.h. eine ausreichend hohe Drehmomentaufnahme aufweist. Dies wird u.a. dadurch erreicht, dass das Material des Metallblechs beim Verpressen in die Hinterschneidung zwischen dem Fügeabschnitt und dem Einpressabschnitt fließt. Das Fügen und Verpressen der Einpress-Verbindungselemente erfolgt vielfach unter Verwendung eines sogenannten Stanzkopfes in einem Werkzeug, beispielsweise einem
Folgewerkzeug, in welchem auch das jeweilige Werkstück oder Bauteil z.B. durch Stanzen und/oder Biegen aus dem Metallblech hergestellt wird.
Nachteilig kann es beim Einbringen und Fügen des Einpress- Verbindungselementes in das Metallblech bzw. in die Vorlochung im Metallblech bereits aufgrund einer ungünstigen Dimensionierung des Fügeabschnittes und/oder des Einpressabschnittes des Schaftabschnittes in Bezug auf die
Vorlochung im Metallblech zu einer ungewünschten Materialverdrängung des
Metallbleches in axialer Richtung und ggf. bereits in den
Hinterschneidungsbereich kommen, welche den nachfolgenden Stanzvorgang negativ beeinflussen, insbesondere zu einer fehlerhaften Positionierung und/oder
Fixierung des Verbindungselementes führen kann.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Einpress- Verbindungselementes und ein Verfahren zu dessen Verankerung in einem bleibend verformbaren metallischen Flachmaterial oder daraus hergestelltes Bauteil bzw. Werkstück aufzuzeigen, bei dem eine ungewünschte
Materialverdrängung in axialer Richtung beim Fügen des Einpress- Verbindungselementes vermieden werden kann. Die Aufgabe wird ausgehend von einem Einpress-Verbindungselement gemäß den Merkmalen des
Oberbegriffes des Patentanspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale - -
gelöst. Ferner ist zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zum Verankern von Einpress-Verbindungselementen in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial, insbesondere Metallblech oder daraus hergestellten Bauteilen bzw. Werkstücken gemäß Patentanspruch 12 ausgebildet.
Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Einpress-Verbindungselementes ist darin zu sehen, dass der gerädelte Fügeabschnitt einen ersten Durchmesser und der Einpressabschnitt einen zweiten Durchmesser aufweisen und der zweite Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser ist, wobei der zweite
Durchmesser näherungsweise dem Ausgangsdurchmesser des Fügeabschnittes vor dem Einbringen der Rändelung in die Mantelfläche oder näherungsweise dem ersten Durchmesser abzüglich der halben Rändelungstiefe.entspricht. Besonders vorteilhaft ist damit der Durchmesser des Rändelungs- bzw. Fügeabschnitt des Schaftabschnittes im Vergleich zum Stanzabschnitt des Schaftabschnittes des Einpress-Verbindungselementes derart ausgebildet, dass weder durch den
Stanzabschnitt noch durch den Rändelungs- bzw. Fügeabschnitt beim Einbringen des Einpress-Verbindungselementes in ein Blechelement eine
Materialverdrängung in axialer Richtung entsteht. Vorteilhaft wird damit der Stanzvorgang nicht negativ beeinflusst. Die Materialverdrängung wird nahezu ausschließlich durch das Stanzwerkzeug bzw. eine Matrize mit ringförmigen Prägebund erzeugt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Rädelung als so genannte RAA- Rändelung mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse verlaufenden Riefen ausgebildet ist. Derartige RAA-Rändelungen bilden eine in Längsrichtung des Verbindungselementes und damit auch in Fügerichtung des
Verbindungselementes orientiertes Zackenprofil aus, so dass eine
Materialverdrängung in die zwischen zwei Zacken eingebrachten Riefen der Rändelung beim Fügen möglich ist. Weiterhin vorteilhaft wird bei der
erfindungsgemäßen Dimensionierung der Durchmesser des Füge- und
Einpressabschnittes des Einpress-Verbindungselementes aufgrund der
Orientierung der Riefen parallel zur Längsachse ein axiale Materialverdrängung effektiv unterbunden. Besonders bevorzugt weist die als RAA-Rädelung ausgebildete Rändelung eine Teilung und einem Profilwinkel auf und die die Differenz zwischen dem ersten - -
und zweiten Durchmesser ist erfindungsgemäß abhängig von der Teilung der Rädelung gewählt, wobei zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser d l, d2 und der Teilung t folgender Zusammenhang besteht:
d l - 0,5 * t = d2
Die RAA-Rändelung ist in der DIN82 genormt und kann beispielsweise genormte Teilungen von 0,5 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm oder 1.6 mm aufweisen. Besonders bevorzugt ist beispielsweise eine Teilung t von 0,8 mm und ein Profilwinkel von 90°.
Besonders vorteilhaft ist beim erfindungsgemäßen Einpress-Verbindungselement der erste Durchmesser derart gewählt, dass dieser dem Durchmesser einer virtuellen Kreislinie um die Längsachse entspricht, auf der die äußeren Spitzen der Rändelung zu liegen kommen.
Erfindungsgemäß entspricht die Rändelungstiefe der Differenz des Radius der virtuellen Kreislinie um die Längsachse, auf der die äußeren Spitzen der
Rändelung bzw. der Zacken des Zackenprofils zu liegen kommen, und des Radius der weiteren virtuellen Kreislinie um die Längsachse, auf der die inneren Spitzen der Rändelung bzw. der Zacken des Zackenprofils zu liegen kommen.
Weiterhin vorteilhaft ist zwischen dem gerädelten Fügeabschnitt und dem
Einpressabschnitt ein ringförmiger Hinterschneidungsabschnitt ausgebildet, der einen vorzugsweise eine konzentrisch zur Längsachse verlaufende,
beispielsweise nut- und/oder ringförmige Ausnehmung bildet, in welche beim Verpressen des Einpress-Verbindungselement mit dem Metallblech das das Einpress-Verbindungselementes umgebende Material des Metallbleches plastisch verformt wird. Durch das hierdurch bewirkte„Auffüllen" des ringförmigen Hinterschneidungsabschnitts mit Material des Metallbleches wird das Einpress- Verbindungselement neben der Rändelung des Fügeabschnittes noch zusätzlich im Metallblech verankert und insbesondere gegen Verdrehen gesichert.
Besonders bevorzugt weist der ringförmige Hinterschneidungsabschnitt einen dritten Durchmesser auf, der kleiner als der zweite Durchmesser ist, und zwar beträgt die Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser
vorzugsweise zwischen dem 0,25-fachen und dem einfachen der Teilung der als - -
RAA-Rändelung ausgebildeten Rändelung. Bei der genannten Dimensionierung des ringförmigen Hinterschneidungsabschnittes in Bezug auf die Durchmesser des Füge- und Einpressabschnittes konnte bei einem guten Fügeverhalten eine optimale Verankerung des Einpress-Verbindungselementes im Metallblech erreicht werden. Vorzugsweise ist der Einpressabschnitt durch einen
ringförmigen Einpressbund gebildet, über welchen auch eine Selbststanzfunktion bereitgestellt werden kann.
Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung eine vorgefertigte Baugruppe umfassend ein erfindungsgemäßes Einpress-Verbindungselementes und ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial oder ein daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück, bei dem das Einpress-Verbindungselement durch Fügen und Verpressen in das bleibend verformbare metallische Flachmaterial oder ein daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück eingebracht bzw. darin verankert ist.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Verankern eines Einpress-Verbindungselementes in einem bleibend verformbaren metallischen Flachmaterial, insbesondere einem Metallblech oder einem daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück durch Fügen und Verpressen, wobei das Einpress- Verbindungselement einen Kopfabschnitt und einen daran entlang einer
Längsachse anschließend, gegenüber dem Kopfabschnitt zurückversetzten Schaftabschnitt aufweist, der zumindest einen unmittelbar an den Kopfabschnitt anschließenden Fügeabschnitt mit einer eine Rändelung aufweisenden
Mantelfläche und einen daran entlang der Längsachse anschließenden
Einpressabschnitt aufweist. Besonders vorteilhaft wird beim Fügen des das Einpress-Verbindungselement in das bleibend verformbare metallische
Flachmaterial, insbesondere Metallblech das Einpress-Verbindungselement ohne Materialverdrängung des Flachmaterials bzw. Metallblechs entlang der
Längsachse bzw. in Fügerichtung in das bleibend verformbare metallische
Flachmaterial, insbesondere Metallblech, vorzugsweise eine darin vorgesehene Fügeöffnung oder Vorlochung eingefügt. Damit wird beim Fügen des Einpress- Verbindungselement in das Flachmaterial bzw. Metallblech das das Einpress- Verbindungselement umgebende Material des Flachmaterials bzw. Metallblechs ausschließlich radial zur Längsachse bzw. Fügerichtung verdrängt. Hierdurch ist - -
der daran anschließende Einpressvorgang weniger fehlerbehaftet und damit zuverlässiger durchführbar.
Weiterhin vorteilhaft wird nach dem Fügen in das bleibend verformbare metallische Flachmaterial, insbesondere Metallblech eingefügte Einpress-
Verbindungselement derart mit dem Flachmaterial bzw. Metallblech verpresst, dass das das Einpress-Verbindungselement umgebende Material des
Flachmaterials bzw. Metallblechs plastisch verformt wird und in einen zwischen dem gerädelten Fügeabschnitt und dem Einpressabschnitt vorgesehenen ringförmigen Hinterschneidungsabschnitt verdrängt wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Dimensionierung der Füge- und Einpressabschnitte des Einpress-Verbindungselementes ist ein gleichmäßiges plastisches Verformen des das Einpress-Verbindungselement umgebende Material des Flachmaterials bzw. Metallblechs in den ringförmigen Hinterschneidungsabschnitt möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird beim Verpressen eine mit einem Auflager zusammenwirkende Matrize mit einem Prägebund verwendet, der den Einpressabschnitt derart aufnimmt, dass für das Verankern bzw. Verpressen des Einpress-Verbindungselementes im Flachmaterial bzw. Metallblech ein Fließen des Materials des Flachmaterials bzw. Metallblechs ohne Verformung des Einpress-Verbindungselementes bewirkt wird.
Die Ausdrucke„näherungsweise",„im Wesentlichen" oder„etwa" bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. - -
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Einpress- Verbindungselementes, eine stirnseitige Ansicht auf den Schaftabschnitt des
erfindungsgemäßen Einpress-Verbindungselementes gemäß Figur 1, ein Längsschnitt entlang der Linie A-A durch das Einpress- Verbindungselementes gemäß Figur 2, ein schematischer Längsschnitt durch eine alternative
Ausführungsvariante eines Einpress-Verbindungselementes, eine schematischer Längsschnitt durch ein in ein Metallblech eingebrachtes und mit diesem verpresstes erfindungsgemäßes Einpress-Verbindungselement sowie die zugehörigen Werkzeuge. In Figur 1 ist beispielhaft eine perspektivische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Einpress-Verbindungselementes 1 dargestellt, welches bei der dargestellten Ausführungsvariante als Einpress-Mutterelement mit
Innengewinde ausgebildet ist. Alternativ kann jedoch das erfindungsgemäße Einpress-Verbindungselement 1 auch als Einpress-Buchsenelement ohne
Innengewinde realisiert sein. Das Einpress-Verbindungselement 1 ist einteilig bzw. einstückig ausgebildet und aus einem Material oder Materialgemisch hergestellt.
Das Einpress-Verbindungselement 1 ist zum Einbringen und Verankern in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial, insbesondere ein Metallblech 10 bzw. einem daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück durch Fügen und Verpressen ausgebildet und weist hierzu einen sich entlang einer Längsachse LA erstreckenden hülsenförmigen Grundkörper auf, der zumindest einen
Kopfabschnitt 2 und einen entlang der Längsachse LA unmittelbar daran anschließenden Schaftabschnitt 3 umfasst. Der Schaftabschnitt 3 ist durch einen im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Bund gebildet, der im Vergleich zum - -
Kopfabschnitt 2 querschnittsreduziert ist, so dass im eingebrachten Zustand der Kopfabschnitt 2 zur Anlage gegenüber dem Oberseite des Metallbleches gelangt. Auch der Kopfabschnitt 2 ist vorzugsweise in Form eines kreiszylinderförmigen Körperabschnittes realisiert.
Ferner weist der hülsenförmige Grundkörper einen vorzugsweise
kreiszylinderförmigen Hohlraum 4 auf, der von einer konzentrisch zur
Längsachse LA verlaufenden Innenwandung des Einpress- Verbindungselementes 1 eingeschlossen wird und sich über die gesamte Länge des Einpress-Verbindungselement 1 erstreckt. Bei der in den Figuren
dargestellten Ausführung als Einpress-Mutterelement bzw. Einpressmutter ist die Innenwandung beispielsweise mit einem Innengewinde versehen. Der kreiszylinderförmige Hohlraum 4 erstreckt sich hierbei über die gesamte Länge des Einpress-Verbindungselementes 1 und bildet somit eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme und/oder Durchführung eines stabförmigen Elements,
beispielsweise des Schaftes einer Schraube oder Bolzens aus.
Das Einpress-Verbindungselement 1 ist zum Einpressen in ein Metallblech 10 oder in ein aus einem Metallblech 10 hergestelltes Bauteil oder Werkstück ausgebildet, und zwar soll dieses darin durch Fügen und Verpressen
vorzugsweise mit hoher Auspresskraft und Drehmomentaufnahme verankert werden. Figur 5 zeigt beispielsweise einen schematischen Längsschnitt durch ein in ein Metallblech 10 eingebrachtes Einpress-Verbindungselement 1 und einen Längsschnitt durch die entsprechenden Werkzeuge 12, 13. Hierbei wird das Einpress-Verbindungselement 1 vorzugsweise in eine im Metallblech 10 eingebrachte Vorlochung 11 mit den entsprechenden Werkzeugen 12, 13 eingepresst und darin verankert. Das Bauteil oder Werkstück kann beispielsweise ein aus Stahlblech durch Stanzen und Biegen gefertigtes Bauteil oder Werkstück sein. Vorzugsweise ist die Materialhärte des Einpress-Verbindungselement 1 größer als die Materialhärte des Metallbleches 10.
Der Schaftabschnitt 3 weist beispielsweise einen unmittelbar an den
Kopfabschnitt 2 entlang der Längsachse LA anschließenden Fügeabschnitt 3.1 auf, der abhängig von der Materialstärke des Metallbleches 10, in welches das erfindungsgemäße Einpress-Verbindungselement 1 verankert werden soll, und/oder dem jeweiligen Anwendungsfall hinsichtlich seiner Erstreckung entlang - -
der Längsachse LA anpassbar ist. Ferner weist der Schaftabschnitt 3 an seinem freien, dem Kopfabschnitt 2 gegenüberliegende Ende einen Einpressabschnitt 3.2 auf, welcher vorzugsweise durch einen konzentrisch um die Längsachse LA umlaufenden, ringförmiger Einpressbund gebildet ist. Bei fehlender Vorlochung 11 im Metallblech 10 kann der Einpressabschnitt 3.2 auch eine ringförmige
Einpresskante ausbilden, mittels der ein Ausstanzen eines Buzens bewirkt wird, um ein Fügen des nachfolgenden Fügeabschnittes 3.1 zu ermöglichen.
Der Fügeabschnitt 3.1 weist eine Mantelfläche mit einer Rändelung RA, insbesondere eine Rändelung RA mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse LA verlaufenden Riefen auf, welche als RAA-Rändelung bezeichnet wird.
Hierdurch wird ein um die Längsachse LA umlaufendes Zackenprofil auf der Mantelfläche des Fügeabschnittes 3.1 erzeugt, wobei jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Zacken eine Riefe eingeschlossen wird. Die Rändelung RA weist eine Rändelungstiefe T auf.
Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte bzw. angedeutete Rändelung RA ist beispielsweise als RAA-Rändelung mit einer Teilung t von 0,8 mm und einem Profilwinkel von 90° ausgebildet. Es versteht sich das auch RAA-Rändelungen mit unterschiedlicher gemäß der DIN 82 genormten Teilungen t, beispielsweise 0,5 mm, 0,6 mm, 1,0 mm, 1,2 mm oder 1.6 mm zur Anwendung kommen können. Auch sind alternative Profilwinkel möglich.
Vor dem Einbringen der Rändelung RA in die Mantelfläche des Fügeabschnittes 3.1 weist dieser einen Ausgangsdurchmesser D auf, der abhängig von der ausgewählten Teilung t einen Nenndurchmesser bzw. ersten Durchmesser d l des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 ergibt. Der Nenndurchmesser bzw. erste
Durchmesser d l bezeichnet hierbei den Durchmesser einer virtuellen Kreislinie um die Längsachse LA, auf der die äußeren Spitzen der Rändelung RA bzw.
Zacken des Zackenprofils zu liegen kommen. Mit anderen Worten : der erste Durchmesser d l bezeichnet den äußeren Durchmesser des gerädelten
Fügeabschnittes 3.1.
Die Rändelungstiefe T entspricht der Differenz des Radius der virtuellen Kreislinie um die Längsachse LA, auf der die äußeren Spitzen der Rändelung RA bzw. der Zacken des Zackenprofils zu liegen kommen, und des Radius der weiteren - -
virtuellen Kreislinie um die Längsachse LA, auf der die inneren Spitzen der Rändelung RA bzw. der Zacken des Zackenprofils zu liegen kommen.
Zwischen dem Ausgangsdurchmesser D des noch ungerändelten Fügeabschnittes 3.1, dem Nenndurchmesser bzw. ersten Durchmesser d l und der Teilung t besteht bei einer RAA-Rändelung beispielsweise folgender Zusammenhang :
D = d l - 0,5 * t Die Rändelung RA wird in diesen Zusammenhang vorzugsweise durch Drehen hergestellt. Alternativ kann die Rändelung RA durch Kaltverformen hergestellt werden.
Erfindungsgemäß weist der gerädelte Fügeabschnitt 3.1 den ersten Durchmesser dl und der Einpressabschnitt 3.2 einen zweiten Durchmesser d2 auf, wobei der zweite Durchmesser d2 kleiner als der erste Durchmesser d l ist. Hierbei entspricht der zweite Durchmesser d2 näherungsweise dem
Ausgangsdurchmesser D des Fügeabschnittes 3.1 vor dem Einbringen der Rändelung RA in dessen Mantelfläche, insbesondere bei einer durch Drehen erzeugten Rändelung RA, oder der zweite Durchmesser d2 entspricht
näherungsweise dem ersten Durchmesser d l abzüglich der halben
Rändelungstiefe T, insbesondere bei einer mittels Kaltverformen erzeugten Rändelung RA. Der zweite Durchmesser d2 ist damit um die halbe
Rändelungstiefe R im Vergleich zum ersten Durchmesser d l reduziert. Die Erfinder haben erkannt, dass bei einer entsprechender Dimensionierung des ersten und zweiten Durchmessers d l, d2 des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 und des Einpressabschnittes 3.2 keine Materialverdrängung beim Fügen des Fügeabschnittes 3.1 in das Metallblech 10 erfolgt, da vorteilhaft über den Einpressabschnitt 3.2 der Fügebereich bereits entsprechend vorbereitet ist.
Erfindungsgemäß besteht damit zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser dl, d2 und der Teilung t der als RAA-Rändelung ausgebildeten Rändelung RA folgender Zusammenhang : d2 = d l - 0,5 * t - -
Bei einer RAA-Rändelung mit einer Teilung t von 0,8 mm und einem Profilwinkel von 90° ergibt sich damit beispielsweise folgender Zusammenhang zwischen dem ersten Durchmesser d l des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 und dem zweiten Durchmesser d2 des Einpressabschnittes 3.2 : d2 = d l - 0,5 * 0,8 mm = d l - 0,4 mm bzw. d l = d2 + 0,4 mm
Der erste Durchmesser d l des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 ist somit um 0,4 mm größer als der zweite Durchmesser d2, d.h. der Unterschied des ersten und zweiten Durchmessers d l, d2 ist abhängig von der Teilung t der Rändelung RA gewählt. Dies trifft insbesondere auf eine durch Drehen erzeugte RAA-Rändelung zu.
Alternativ besteht zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser d l, d2 und der Rändelungstiefe T der Rändelung RA folgender Zusammenhang : d2 = d l - 0,5 * T
Bei einer Rändelungstiefe T von 0,8 mm ergibt sich damit beispielsweise folgender Zusammenhang zwischen dem ersten Durchmesser d l des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 und dem zweiten Durchmesser d2 des Einpressabschnittes 3.2 : d2 = d l - 0,5 * 0,8 mm = d l - 0,4 mm Der erste Durchmesser d l des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 ist in beiden
Fällen um 0,4 mm größer als der zweite Durchmesser d2, d.h. der Unterschied des ersten und zweiten Durchmessers d l, d2 ist abhängig von der Teilung t der Rändelung RA oder von der Rändelungstiefe T gewählt. Dies trifft insbesondere auf eine durch Drehen bzw. Kaltverformen erzeugte RAA-Rändelungen zu. - -
Der Kopfabschnitt 2 ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante ebenfalls durch einen kreiszylinderförmigen Abschnitt gebildet, der einen Kopfdurchmesser dk und eine Kopfbreite bk jeweils bezogen auf die Längsachse LA aufweist. Ferner weist der vorzugsweise kreiszylinderförmige Hohlraum 4 einen
Innendurchmesser di auf, der abhängig vom Anwendungsfall, insbesondere abhängig des bereitzustellenden Maß des Innengewindes gewählt ist.
Zwischen dem Fügeabschnitt 3.1 und dem Einpressabschnitt 3.2 ist ein ringförmiger Hinterschneidungsabschnitt 3.3 angeordnet, welcher eine konzentrisch zur Längsachse LA verlaufende, nut- und/oder ringförmige
Ausnehmung bildet, in welche beim Verpressen des in das Metallblech 10 eingefügten Einpress-Verbindungselementes 1 das Material des Metallbleches 10 im Fügebereich plastisch verformt wird. Der ringförmige
Hinterschneidungsabschnitt 3.3 kann unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise eine im Querschnitt dreieckförmige oder trapezförmige Hinterschneidung ausbilden. Der ringförmige Hinterschneidungsabschnitt 3.3 ist somit im Vergleich zum Fügeabschnitt 3.1 und dem Einpressabschnitt 3.2 querschnittsreduziert und springt damit in Richtung der Längsachse LA radial zurück.
Durch Auffüllen des ringförmigen Hinterschneidungsabschnitts 3.3 mit Material des Metallbleches 10 wird das Einpress-Verbindungselement 1 neben der Rändelung RA des Fügeabschnittes 3.1 noch zusätzlich im Metallblech 10 verankert und insbesondere gegen Verdrehen gesichert.
Der gerädelte Fügeabschnitt 3.1 ist durch einen an den Kopfabschnitt 2 entlang der Längsachse LA unmittelbar anschließenden gerädelten, kreiszylinderförmigen Abschnitt gebildet, welcher eine erste Breite bl bezogen auf die Erstreckung entlang der Längsachse LA aufweist. Am gegenüberliegenden freien Ende des Schaftabschnittes 3 ist der Einpressabschnitt 3.2 vorgesehen, dessen zweiter
Durchmesser d2 bezogen auf diejenige äußere Umfangsfläche oder umlaufenden Kante des Einpressabschnittes 3.2 ist, welche den größten radialen Abstand zur Längsachse LA aufweist. Dieser Einpressabschnitt 3.2 ist beispielsweise durch einen ringförmigen Einpressbund gebildet, dessen größter Außendurchmesser den zweiten Durchmesser d2 bildet. Vorzugsweise bildet die Stirnseite des - -
Einpressabschnittes 3.2 des Schaftabschnittes 3 eine ebene Ringfläche aus, welche konzentrisch zur Längsachse LA ist.
Schließlich weist der ringförmige Hinterschneidungsabschnitt 3.3 einen dritten Durchmesser d3 auf, und zwar vorzugsweise im Bereich der Umfangsfläche mit dem geringsten radialen Abstand zur Längsachse LA. Der dritte Durchmesser d3 des ringförmigen Hinterschneidungsabschnitts 3.3 ist kleiner als der erste und zweite Durchmesser d l, d2. Die Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser d2, d3 ist vorzugsweise im Bereich zwischen dem 0,25-fachen und dem einfachen der Teilung t der als RAA-Rändelung ausgebildeten Rändelung RA des gerädelten Fügeabschnittes 3.1 gewählt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 bis 3 ist der ringförmige Hinterschneidungsabschnitt 3.3 durch einen konzentrisch um die Längsachse LA umlaufenden kreiszylinderförmigen Abschnitt mit einer dritten
Breite b3 gebildet, der über jeweils einen schräg zur Längsachse LA verlaufenden Übergangsabschnitt querschnittsverbreiternd in den Fügeabschnitt 3.1 bzw. den Einpressabschnitt 3.2 übergeht. In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante gemäß der Figuren 4 und 5 weist der ringförmige Hinterschneidungsabschnitt 3.3 einen bogenförmigen Querschnittsverlauf, so dass die dritte Breite b3 im Wesentlichen auf eine Scheitellinie mit dem geringsten radialen Abstand zur Langsachse LA reduziert ist.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsvarianten kann der ringförmige Hinterschneidungsabschnitt 3.3 eine dreieckförmigen Querschnittsverlauf aufweisen, wobei sich dieser ringförmige Hinterschneidungsabschnitt 3.3 spaltartig nach außen öffnet bzw. der hierdurch gebildete Aufnahmeraum in Richtung der Längsachse LA spitz zuläuft.
Figur 5 zeigt beispielhaft in einer schematischen Seitenansicht die zum
Einbringen des Einpress-Verbindungselementes 1 in das Metallblech 10 bzw. in eine beispielhaft vorgesehene Vorlochung 11 durch Fügen und Einpressen vorgesehen Werkzeuge, insbesondere Presswerkzeuge. Der Durchmesser der Vorlochung 11 ist vorzugsweise geringfügig kleiner oder gleich dem zweiten - -
Durchmesser d2 des Einpressabschnittes 3.2 bzw. des Außendurchmessers D des Fügeabschnittes 3.1 vor dem Einbringen der Rändelung RA gewählt. Alternativ kann mittels des Einpressabschnittes 3.2 und den Werkzeugen 12, 13 ein entsprechender Buzen aus dem Metallblech zunächst ausgestanzt werden, welcher ein anschließendes Fügen des Fügeabschnittes 3.1 im Werkzeug ermöglicht.
Zum Befestigen des Einpress-Verbindungselementes 1 an dem Metallblech 10 wird das Einpress-Verbindungselementes 1 unter Verformung des Materials des Metallblechs 10 um die beispielsweise vorab ausgestanzte Fügeöffnung bzw. Vorlochung 11 eingesetzt, und zwar derart, dass das Material radial in die parallel zur Längsachse LA verlaufenden Riefen der Rändelung RA fließt, allerdings eine axiale Verdrängung des Materials in Fügerrichtung, d.h. entlang der Längsachse LA vermieden wird. Nach dem Fügen liegt der Kopfabschnitt 2 mit seiner dem Fügeabschnitt 3.1 zugewandten Unterseite gegen die Oberseite 10a des Metallblechs an, wobei der verbleibende Schaftabschnitt 3 vorzugsweise vollständig in der Vorlochung 11 aufgenommen ist und beispielsweise bündig oder näherungsweise bündig mit der Unterseite 10b des Metallblechs 10. Auch kann der Schaftabschnitt 3 mit seinem freien Ende, und zwar mit dem
Einpressabschnitt 3.2 über die Unterseite 10b des Metallblechs 10 vorstehen.
Anschließend erfolgt in einer Presse oder einem Presswerkzeug bei gegen ein Auflager 12 abgestütztem Kopfabschnitt 2 mit Hilfe einer Matrize 13 mit einem ringförmigen Prägebund 14 ein plastisches Verformen des Materials des
Metallbleches 10 in die durch den ringförmigen Hinterschneidungsabschnitt 3.3 gebildete, konzentrisch um die Längsachse LA verlaufende, beispielsweise nut- und/oder ringförmige Ausnehmung. Bei einer feststehenden Matrize 13 ist das Auflager 12 beispielsweise durch einen Pressstempel oder -plunger gebildet. Zum Verankern des Einpress-Verbindungselementes 1 in der Fügeöffnung bzw. Vorlochung 11 wird mit der Matrize 13, die beim Verpressen mit ihrem
Prägebund 14 den Einpressabschnitt 3.2 bzw. Einpressbund umschließt bzw. vollständig aufnimmt, nahezu ausschließlich Kraft auf das Material des
Metallbleches 10 ausgeübt, und zwar derart, dass für das Verankern bzw.
Verpressen des Einpress-Verbindungselementes 1 im Metallblech 10
hauptsächlich ein Fließen des Materials des Metallblechs 10 bewirkt wird und - -
keine Verformung des Einpress-Verbindungselementes 1 erfolgt. Die
Krafteinleitung erfolgt hierbei ausschließlich über den Prägebund 14 in Richtung der Längsachse LA. Figur 5 zeigt somit beispielhaft eine vorgefertigte Baugruppe umfassend ein erfindungsgemäßes Einpress-Verbindungselement 1 und ein Metallblech 10, wobei das Einpress-Verbindungselement 1 durch Fügen und Verpressen in das beispielhaft angedeutete Metallblech 10 eingebracht ist. Es versteht sich, dass das angedeutete Metallblech 10 auch Teil eines daraus hergestellten Bauteils oder Werkstückes sein kann, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
Mit dem vorbeschriebenen Verfahren wird eine Verankerung des Einpress- Verbindungselementes 1 mit hoher Auspresskraft bzw. hoher Auspressfestigkeit und mit hohem Drehmoment, d.h. mit hoher Festigkeit gegen Verdrehen erreicht. Nach dem Fertigstellen der Verankerung des Einpress- Verbindungselementes 1 im Metallblech 10 liegt der ringförmige
Hinterschneidungsabschnitt 3.3 in seinem gesamten Verlauf, insbesondere auch im Bereich der Übergänge zum Fügeabschnitt 3.1 und/oder Einpressabschnitt 3.2 mit einer hohen Anpress- oder Einspannkraft gegen den die Fügeöffnung bzw. Vorlochung 11 umgebenden Randbereich des Metallbleches 10 an.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird.
_ 1 g _
Bezugszeichenliste
1 Einpress-Verbindungselement
Innenwandung
2 Kopfabschnitt
3 Schaftabschnitt
3.1 Fügeabschnitt
3.2 Einpressabschnitt
3.3 Hinterschneidungsabschnitt
4 Hohlraum
10 Metallblech
10a Oberseite
10b Unterseite
11 Vorlochung
12 Auflager
13 Matrize
14 Prägebund bl erste Breite
b2 zweite Breite
b3 dritte Breite
bk Kopfbreite
dl erster Durchmesser
d2 zweiter Durchmesser
d3 dritter Durchmesser
dk Kopfdurchmesser
di Innendurchmesser
LA Längsachse
RA Rändelung
t Teilung
T Rändelungstiefe

Claims

Patentansprüche
Einpress-Verbindungselement (1) zum Einbringen in ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial (10) oder ein daraus
hergestellten Bauteil oder Werkstück durch Fügen und Verpressen, umfassend einen Kopfabschnitt (2) und einen daran entlang einer Längsachse (LA) anschließend, gegenüber dem Kopfabschnitt (2) zurückversetzten Schaftabschnitt (3), bei dem der Schaftabschnitt (3) zumindest einen unmittelbar an den Kopfabschnitt (2) anschließenden Fügeabschnitt (3.1) und einen daran entlang der Längsachse (LA) anschließenden Einpressabschnitt (3.2) aufweist, wobei der Fügeabschnitt (3.1) eine Mantelfläche mit einer eine Rändelungstiefe (T) aufweisende Rändelung (RA) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der gerädelte Fügeabschnitt (3.1) einen ersten Durchmesser (d l) und der
Einpressabschnitt (3.2) einen zweiten Durchmesser (d2) aufweisen und der zweite Durchmesser (d2) kleiner als der erste Durchmesser (d l) ist, wobei der zweite Durchmesser (d2) näherungsweise dem
Ausgangsdurchmesser (D) des Fügeabschnittes (3.1) vor dem Einbringen der Rändelung (RA) in die Mantelfläche oder näherungsweise dem ersten Durchmesser (d l) abzüglich der halben Rändelungstiefe (T) entspricht.
Einpress-Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rändelung (RA) als RAA-Rändelung mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse (LA) verlaufenden Riefen ausgebildet ist.
Einpress-Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als RAA-Rändelung ausgebildete Rändelung (RA) eine Teilung (t) und einem Profilwinkel aufweist.
Einpress-Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser (d l, d2) abhängig von der Teilung (t) der Rändelung (RA) ist. Einpress-Verbindungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser (d l, d2) und der Teilung (t) folgender Zusammenhang besteht: d l - 0,5 * t = d2
Einpress-Verbindungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchmesser (d l) dem Durchmesser einer virtuellen Kreislinie um die Längsachse (LA) entspricht, auf der die äußeren Spitzen der Rändelung (RA) zuliegen kommen.
Einpress-Verbindungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rändelungstiefe (T) der Differenz des Radius der virtuellen Kreislinie um die Längsachse (LA), auf der die äußeren Spitzen der Rändelung (RA) zu liegen kommen, und eines Radius einer weiteren virtuellen Kreislinie um die Längsachse (LA), auf der die inneren Spitzen der Rändelung (RA) zu liegen kommen.
Einpress-Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem gerädelten Fügeabschnitt (3.1) und dem Einpressabschnitt (3.2) ein ringförmiger Hinterschneidungsabschnitt (3.3) ausgebildet ist, der einen dritten Durchmesser (d3) aufweist, der kleiner als der zweite Durchmesser (d2) ist.
Einpress-Verbindungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem zweiten und dritten Durchmesser (d2, d3) im Bereich zwischen dem 0,25-fachen und dem einfachen der Teilung (t) der als RAA-Rändelung ausgebildeten Rändelung (RA) beträgt.
Einpress-Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einpressabschnitt (3.2) durch einen ringförmigen Einpressbund gebildet ist.
11. Vorgefertigte Baugruppe umfassend ein Einpress-Verbindungselementes (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und ein bleibend verformbares metallisches Flachmaterial (10) oder ein daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass das Einpress-Verbindungselement (1) durch Fügen und Verpressen in das bleibend verformbare metallische Flachmaterial (10) oder ein daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück eingebracht ist.
Verfahren zum Verankern eines Einpress-Verbindungselementes (1) gemäß der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 in einem bleibend verformbaren metallischen Flachmaterial, insbesondere einem Metallblech (10) oder einem daraus hergestellten Bauteil oder Werkstück durch Fügen und Verpressen, wobei das Einpress-Verbindungselement (1) einen Kopfabschnitt (2) und einen daran entlang einer Längsachse (LA) anschließend, gegenüber dem Kopfabschnitt (2) zurückversetzten Schaftabschnitt (3) aufweist, der zumindest einen unmittelbar an den Kopfabschnitt (2) anschließenden Fügeabschnitt (3.1) mit einer eine Rändelung (RA) aufweisenden Mantelfläche und einen daran entlang der Längsachse (LA) anschließenden Einpressabschnitt (3.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fügen des das Einpress- Verbindungselement (1) in das bleibend verformbare metallische
Flachmaterial, insbesondere Metallblech (10) das Einpress- Verbindungselement (1) ohne Materialverdrängung des Flachmaterials bzw. Metallblechs (10) entlang der Längsachse (LA) bzw. in Fügerichtung in das bleibend verformbare metallische Flachmaterial, insbesondere Metallblech (10), vorzugsweise eine darin vorgesehene Fügeöffnung oder Vorlochung (11) eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fügen des Einpress-Verbindungselement (1) in das Flachmaterial bzw.
Metallblech (10) das das Einpress-Verbindungselement (1) umgebende Material des Flachmaterials bzw. Metallblechs ( 10) ausschließlich radial zur Längsachse (LA) bzw. Fügerichtung verdrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fügen in das bleibend verformbare metallische Flachmaterial, insbesondere Metallblech (10) eingefügte Einpress-Verbindungselement (1) derart mit dem Flachmaterial bzw. Metallblech (10) verpresst wird, dass das das Einpress-Verbindungselement (1) umgebende Material des Flachmaterials bzw. Metallblechs (10) plastisch verformt wird und in einen zwischen dem gerädelten Fügeabschnitt (3.1) und dem Einpressabschnitt (3.2) vorgesehenen ringförmigen Hinterschneidungsabschnitt (3.3) verdrängt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verpressen eine mit einem Auflager (12) zusammenwirkende Matrize (13) mit einem Prägebund (14) den Einpressabschnitt (3.2) derart aufnimmt, dass für das Verankern bzw. Verpressen des Einpress- Verbindungselementes (1) im Flachmaterial bzw. Metallblech (10) ein Fließen des Materials des Flachmaterials bzw. Metallblechs (10) ohne Verformung des Einpress-Verbindungselementes (1) bewirkt wird.
EP18703979.7A 2017-04-24 2018-02-07 Einpress-verbindungselement und verfahren zum verankern von einpress-verbindungselementen in ein bleibend verformbares metallisches flachmaterial oder daraus hergestellte bauteile bzw. werkstücke Withdrawn EP3615265A1 (de)

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