KR20220099105A - 기능 요소, 부품 어셈블리 및 부품 어셈블리의 제조 방법 - Google Patents

기능 요소, 부품 어셈블리 및 부품 어셈블리의 제조 방법 Download PDF

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올리버 딜
토비아스 제네
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Abstract

작업물, 특히 금속 시트부 내로 가압하기 위한 기능 요소로서, 기능 요소는 기능 섹션, 및 체결 섹션을 포함하고, 체결 섹션은, 기능 요소 내로 압입력을 도입하기 위한 접합 표면, 접합 표면의 반대편에 배치되고 작업물과 접촉될 수 있고, 특히 플랜지형 구조인 작업물 접촉 표면, 및 작업물의 변위된 재료를 수용하기 위한 밀봉 영역 - 밀봉 영역은 기능 요소의 축 방향 및/또는 반경 방향으로 작업물 접촉 표면과 기능 섹션 사이에 배치되고, 기능 요소와 작업물 사이의 연결부를 밀봉하기 위해 변위된 재료에 대한 접촉 표면을 형성함 - 을 가지고, 접촉 표면은 기능 요소의 축 방향에 대해 비스듬하게 연장되고 기능 요소의 압입 방향에서 볼 때 수렴하는 제 1 부분 표면, 및 제 1 부분 표면에 인접하고, 기능 요소의 축 방향으로 비스듬하게 연장되고 기능 요소의 압입 방향에서 볼 때 발산되는 제 2 부분 표면을 갖는다.

Description

기능 요소, 부품 어셈블리 및 부품 어셈블리의 제조 방법{Functional element, component assembly and method of manufacturing a component assembly}
본 발명은 작업물, 특히 금속 시트부 내로 가압하기 위한 기능 요소, 구멍을 갖는 작업물, 특히 금속 시트부와 그러한 기능 요소를 갖는 부품 어셈블리, 및 및 부품 어셈블리의 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 요소들은 일반적으로 추가 부품을 체결하는 역할을 하는 기능 섹션을 가지고 있다. 그것들은 무엇보다도 자동차 산업에서 널리 사용된다.
기능 요소는 샤프트에 나사산을 구비할 수 있는 볼트 요소 또는 예를 들면, 암 나사산을 가질 수 있는 너트 요소일 수 있다.
기능 요소는 다양한 구조로 알려져 있다. 한편으로, 예를 들어 리벳 비드(rivet bead)를 형성하고 헤드부를 갖는 금속 시트부에 구멍의 마진(margin)을 위한 링 형상의 리시버(receiver)를 형성하기 위해 금속 시트부에 부착할 때 변형되는 리벳 섹션을 갖는 리벳 요소가 있다. 이러한 리벳 요소에 있어서, 기능 요소는 따라서 금속 시트부에 부착될 때 변형된다. 또한, 금속 시트부에 대한 부착 시에 요소 자체가 의도적으로 변형되지 않지만 금속 시트 재료 자체가 변형되어 각각의 압입 요소의 언더컷과 결합되는 압입 요소(press-in elements)가 알려져 있다.
기능 요소와 작업물, 특히 금속 시트부 사이의 연결부를 밀봉하기 위해, 일반적으로 이 목적을 위해 제공된 코팅이 작업물과 접촉하는 기능 요소의 부분에 도포된다. 도포는 별도의 제조 단계에서 발생하므로 노력이 증가하여 비용이 증가하고 시간 요구 사항이 증가한다. 또한, 이러한 해결책은 코팅으로 인해 환경에 미치는 영향을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 비교적 적은 노력으로 긴밀한 연결부가 달성될 수 있고 이전에 공지된 해결책에 비해 감소된 환경 영향이 달성될 수 있는 기능 요소 및 부품 어셈블리를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항의 주제에 의해 충족된다. 유리한 실시 형태는 종속항의 주제이다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 기능 요소는 작업물, 특히 금속 시트부 내로 압입되기에 적합하고, 기능 섹션, 및 체결 섹션을 포함하고, 체결 섹션은, 기능 요소 내로 압입력을 도입하기 위한 접합 표면, 접합 표면의 반대편에 배치되고 작업물과 접촉될 수 있고, 특히 플랜지형 구조인 작업물 접촉 표면, 및 작업물의 변위된 재료를 수용하기 위한 밀봉 영역을 가지고, 상기 밀봉 영역은 기능 요소의 축 방향 및/또는 반경 방향으로 작업물 접촉 표면과 기능 섹션 사이에 배치된다. 밀봉 영역은 기능 요소와 작업물 사이의 연결부를 밀봉하기 위해 변위된 재료에 대한 접촉 표면을 형성하며, 접촉 표면은 기능 요소의 축 방향에 대해 비스듬하게 연장되고 기능 요소의 압입 방향에서 볼 때 수렴하는 제 1 부분 표면, 및 제 1 부분 표면에 인접하고, 기능 요소의 축 방향으로 비스듬하게 연장되고 기능 요소의 압입 방향에서 볼 때 발산되는 제 2 부분 표면을 갖는다.
제 2 부분 표면은 제 1 부분 표면에 직접 또는 간접적으로 인접한다.
수렴하는 제 1 부분 표면과, 제 1 부분 표면에 인접하는 발산하는 제 2 부분 표면으로 인해, 작업물의 변위된 재료가 접촉에 대해 최적으로 가압되어 높은 기밀성을 달성할 수 있도록 구성된 접촉 표면이 형성된다.
기능 요소는 특히 압입 볼트, 특히 플랜지를 갖는 압입 볼트 또는 너트 요소일 수 있으며, 상기 압입 볼트 및 너트 요소는 바람직하게는 압입 과정(press-in process)을 용이하게 하기 위해 연성 금속 시트부와 함께 사용된다. 이와 관련하여, 압입 볼트에서, 샤프트는 바람직하게는 수나사산을 갖고 기능 섹션을 형성한다. 대조적으로, 너트 요소는 바람직하게는 기능 섹션을 형성하는 암나사산을 갖는다. 나사산 대신에, 예를 들면, 추가 부품을 체결하거나 다른 기능을 제공하는 데 적합한 다른 특징부(features)가 제공될 수도 있다. 기능 섹션은 또한 부분적으로 또는 전체적으로 매끄러운 핀 또는 매끄러운 구멍으로 형성될 수 있다. 체결 섹션은 기능 요소가 작업물에 체결되는 기능 요소의 섹션이다.
압입 방향은 기능 요소가 금속 시트부로 압입되는 방향을 가리킨다. 압입 방향은 특히 기능 요소의 축 방향의 방향으로 연장될 수 있으며, 실제로 바람직하게는 접합 표면으로부터 작업물 접촉 표면의 방향으로 연장될 수 있다. 접합 표면 및/또는 작업물 접촉 표면은 효과적인 힘 도입을 위해 압입 방향에 대략 수직으로 편리하게 연장/연장된다.
기능 섹션과 체결 섹션은 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 기능 요소 및/또는 작업물은 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 개념은 또한 다른 재료로 구성된 요소 및/또는 작업물로 구현될 수 있다.
기능 요소는 일반적으로 자기-펀칭(self-punching)될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시 형태는 청구범위, 상세한 설명, 및 첨부된 도면에 제시되어 있다.
제 1 부분 표면은 바람직하게는 축 방향에 대해 대략 20° 내지 대략 40°, 특히 대략 30° 기울어진다. 이에 따라 제 1 부분 표면은 축 방향에 대해 비교적 작은 경사를 가져서 작업물의 재료가 제 1 부분 표면에 대해 긴밀하게 가압될 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 제 2 부분 표면은 축 방향에 대해 대략 50° 내지 대략 70°, 특히 대략 60° 기울어진다. 이에 따라 제 2 부분 표면은 축 방향에 대해 비교적 크게 기울어져, 밀봉 기능에 더하여 제 2 부분 표면에 의해 언더컷(undercut)이 형성될 수도 있다. 따라서 기능 요소는 작업물 내부 또는 작업물에 견고하게 고정된다.
제 1 부분 표면 및 제 2 부분 표면은 특히 서로에 대해 대략 직각으로 연장될 수 있다.
제 1 부분 표면 및/또는 제 2 부분 표면은 편리하게 원뿔형일 수 있어, 각각이 작업물의 재료가 긴밀하게 가압될 수 있는 표면을 형성한다.
제 1 부분 표면은 바람직하게는 제 1 부분 표면으로부터 제 2 부분 표면으로의 전이에서 중공 공간 및 그로부터 발생되는 누출을 방지하기 위해 둥근 전이 영역에 의해 제 2 부분 표면에 연결된다. 전이 영역의 곡률 반경은 특히 대략 0.5mm 이하, 특히 대략 0.25mm 내지 0.35mm 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따른 기능 요소는 작업물, 특히 금속 시트부로 압입하기에 적합하고, 기능 섹션, 및 체결 섹션을 포함하고, 체결 섹션은, 기능 요소 내로 압입력을 도입하기 위한 접합 표면, 접합 표면의 반대편에 배치되고 작업물과 접촉될 수 있고, 특히 플랜지형 구조인 작업물 접촉 표면, 및 작업물의 변위된 재료를 수용하기 위한 밀봉 영역을 가지고, 상기 밀봉 영역은 기능 요소의 축 방향 및/또는 반경 방향으로 작업물 접촉 표면과 기능 섹션 사이에 배치된다. 밀봉 영역은 기능 요소와 작업물 사이의 연결부를 밀봉하기 위해 변위된 재료에 대한 접촉 표면을 형성하고, 체결 섹션은 축 방향으로 밀봉 영역을 형성하는 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 밀봉 영역을 향하는 제 1 플랭크, 및 밀봉 영역에서 멀리 떨어져 있고 비스듬하게 연장되고 축 방향에 대해 다른 각도로 기울어지는 제 2 플랭크(33)를 갖는다.
돌출부는 특히 원주 방향으로 볼트 요소로 구성된 기능 요소의 샤프트에서 원주에 제공될 수 있고 또한 립(lip)으로 지칭될 수 있다. 돌출부는 바람직하게는 반경 방향 외측으로 돌출되고 적어도 제 1 플랭크 및 제 2 플랭크를 포함한다. 제 1 플랭크는 특히 접촉 표면의 적어도 일부, 특히 제 2 부분 표면을 형성할 수 있다.
돌출부에 의해 언더컷이 형성되고, 상기 언더컷은 밀봉 영역을 종료하고 기능 요소를 작업물에 견고하게 고정한다. 이에 따라 작업물의 변위된 재료는 한편으로는 작업물 접촉 표면 또는 접촉 표면과 다른 한편으로는 돌출부 사이의 축 방향으로 둘러싸일 수 있다. 동시에, 돌출부, 특히 제 1 플랭크는 높은 밀봉 효과를 달성하기 위해 접촉 표면의 일부를 형성할 수도 있다.
제 1 플랭크는 바람직하게는 제 2 플랭크보다 축 방향에 대해 더 기울어져 있다. 작업물에서 기능 요소의 고정인, 언더컷의 효과는 이에 의해 한편으로 개선되고, 다른 한편으로 기능 요소가 제 2 플랭크가 돌출하는 압입 방향으로 작업물 내로 압입될 때 기능 요소의 삽입이 용이하게 된다.
제 1 플랭크는 특히 축 방향에 대해 대략 50° 내지 대략 70°, 특히 대략 60° 기울어질 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 제 2 플랭크는 축 방향에 대해 대략 15° 내지 대략 35°, 특히 대략 25° 기울어진다.
제 1 플랭크 및 제 2 플랭크는 돌기부의 구조가 플랭크의 기능을 손상시키지 않고, 특히 작업물의 금속 시트 두께의 상태에 적응될 수 있도록 돌기부가 일정한 직경을 갖는 연결 섹션에 의해 서로 편리하게 연결될 수 있다. 따라서 이 실시 형태에서 연결 섹션은 축 방향으로 연장된다.
연결 섹션은 바람직하게는 돌출부의 축 방향 크기의 대략 20% 내지 대략 70%, 특히 대략 40%에 걸쳐 연장될 수 있다.
체결 섹션, 예를 들어 작업물 접촉 표면은 특히 회전을 방지하는 적어도 하나의 특징부를 갖는다. 예를 들어 축 방향 및/또는 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되는, 회전을 방지하는 복수의 특징부가 바람직하게 제공된다. 회전을 방지하는 특징부에 의해, 작업물에 대한 기능 요소의 연결이 기능 섹션을 통해 후속적으로 도입되는 토크 부하를 견딜 수 있다는 것이 보장될 수 있다. 회전을 방지하는 특징부는 체결 섹션, 특히 접합 표면 및/또는 작업물 접촉 표면을 포함하는 기능 요소의 헤드의 리세스(recess) 또는 주변 그루브(groove)에 배치될 수 있다.
회전을 방지하는 특징부는 반경 방향 및/또는 축 방향으로 연장되는 리브(rib) 또는 그루브로 구성될 수 있다. 회전을 방지하는 특징부는 특히 균일하게 배치되고 반경 방향으로 서로로부터 동일한 각도 간격으로 연장된다.
작업물 접촉 표면은 리세스, 특히 링 리세스를 가질 수 있으며, 제 1 부분 표면은 바람직하게는 리세스 내로 연장되거나 및/또는 리세스 내로 합쳐질 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 작업물 접촉 표면은 - 리세스에 추가로 또는 대안적으로 - 돌출부를 갖는다. 돌출부는 단면에서 볼 때 적어도 부분적으로 쐐기형 구조일 수 있다. 쐐기 형상은 바람직하게는 제 1 부분 표면을 향해 경사져 있다. 제 1 부분 표면은 돌출부로 합쳐질 수 있다.
돌출부의 한 기능은 요소와 작업물의 결합에 의해 작업물의 재료가 밀봉 영역 내로 변위하는 것을 보조하는 것일 수 있다.
회전을 방지하는 특징부- 존재하는 경우 -는 리세스 및/또는 돌출부에 배치될 수 있다.
리세스는 특히 기능 요소의 압입 방향과 반대 방향으로 지향될 수 있어, 작업물의 재료가 리세스 내로 압입될 때 적어도 부분적으로 변위되고 리세스에서 특히 접촉 표면의 제 1 부분 표면에 대해 가압된다.
유리한 실시 형태에서, 작업물 접촉 표면은 제 1 부분 표면으로 합쳐진다.
본 발명은 또한 작업물, 특히 금속 시트부를 갖는 부품 어셈블리에 관한 것으로, 상기에서 설명한 실시 형태들 중 적어도 하나에 따른 기능 요소는 작업물에 미리 제작된 구멍 또는 기능 요소에 의해 펀칭된 구멍 내로 압입된다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 기능 요소는 구멍 내로 압입되어 압입에 의해 또는 압입 후에 변위된 작업물의 재료가 밀봉 영역에 수용되고 접촉 표면과 긴밀하게 접촉된다.
작업물의 변위된 재료는 특히 돌출부와 접촉되거나 돌출부를 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싼다.
작업물의 두께는 적어도 구멍의 영역에서 밀봉 영역의 축 방향 크기보다 작거나 실질적으로 동일할 수 있다.
대안적으로, 그러나 작업물의 두께는 적어도 구멍의 영역에서 밀봉 영역의 축 방향 크기보다 크거나 실질적으로 동일할 수 있다.
추가 형태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 부품 어셈블리의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 부품 어셈블리의 제조 방법은,
- 본 발명에 따른 기능적 요소를 제공하는 단계,
- 작업물, 특히 금속 시트부를 제공하는 단계, 및
- 기능 요소를 작업물의 미리 제작된 구멍 또는 기능 요소에 의해 천공된 구멍 내에 삽입하고 작업물 접촉 표면이 작업물과 접촉되도록 접합 표면 내에 압입력을 도입하는 단계, 및
- 기능 요소와 작업물 사이에 밀봉된 연결부를 형성하기 위해 재료가 접촉 표면에 대해 가압되도록 밀봉 영역 내로 작업물의 재료를 변위시키는 단계를 포함한다.
일 실시 형태에 따르면, 기능 요소는 작업물의 사전 펀칭이 불필요하도록 자기-펀칭(self-punching)된다.
재료의 변위는 작업물 접촉 표면에서 멀리 떨어진 작업물의 표면에 대해 다이를 가압함으로써 발생할 수 있다. 이와 관련하여, 다이는 기능 요소와 작업물 사이에 밀봉된 연결부를 형성하기 위해 재료가 접촉 표면에 대해 가압되도록 작업물의 재료를 밀봉 영역 내로 변위시키도록 적합하게 구성된다.
상기 방법에서, 작업물은 특히 적합한 다이를 포함하는 지지체(support) 상에 배치된다. 도입된 압입력은 또한 재료를 변위시키는 역할을 한다. 그러나, 작업물의 재료를 변위시키기 위해 기능 요소를 구멍 내로 삽입하거나 및/또는 압입력을 도입하는 동안 또는 그 후에 작업물 접촉 표면에서 멀리 떨어진 작업물의 표면에 대해 다이를 가압하는 것도 가능하다.
작업물의 재료 변위는 압입 중에 요소의 헤드의 부품으로 인해 발생될 수도 있다.
본 발명은 유리한 실시 형태를 참조하여 다음에서 순전히 예로서 설명될 것이다. 도면에, 실시 형태를 개략적으로 도시한다.
도 1은 실시 형태에 따른 압입 볼트로 구성된 기능 요소의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 기능 요소의 추가 사시도를 도시한다.
도 3a는 도 1의 기능 요소의 반 단면을 도시한다.
도 3b는 도 3a에 따른 영역 A의 상세도를 도시한다.
도 4는 추가 실시 형태에 따른 압입 볼트로 구성된 기능 요소의 밀봉 영역의 상세도를 도시한다.
도 5는 추가 실시 형태에 따른 압입 볼트로 구성된 기능 요소의 밀봉 영역의 상세도를 도시한다.
도 6a는 기능 요소로서 압입 볼트를 갖는 실시 형태에 따른 부품 어셈블리의 반 단면을 도시한다.
도 6b는 도 6a에 따른 영역 B의 상세도를 도시한다.
도 7a는 기능 요소로서 압입 볼트를 갖는 추가 실시 형태에 따른 부품 어셈블리의 반 단면을 도시한다.
도 7b는 도 7a에 따른 영역 C의 상세도를 도시한다.
도 8a는 기능 요소로서 압입 볼트를 갖는 추가 실시 형태에 따른 부품 어셈블리의 반 단면을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 따른 영역 D의 상세도를 도시한다.
도 9는 실시 형태에 따른 너트 요소로서 구성된 기능 요소의 사시도를 도시한다.
도 10은 도 9의 기능 요소의 추가 사시도를 도시한다.
도 11a는 도 9의 기능 요소의 반 단면을 도시한다.
도 11b는 도 11a에 따른 영역 E의 상세도를 도시한다.
도 12a는 기능 요소로서 너트 요소를 갖는 실시 형태에 따른 부품 어셈블리의 반단면을 도시한다.
도 12b는 도 12a에 따른 영역 F의 상세도를 도시한다.
플랜지를 갖는 압입 볼트로 구성된 기능 요소(10)는 각각의 경우에 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 도 9 및 도 10은 너트 요소로 구성된 기능 요소(10)를 도시하며, 상기 기능 요소(10)들은 기능 섹션(11) 및 체결 섹션(13)을 갖는다. 체결 섹션(13)은 기능 요소(10)가 작업물(50)에 체결되는 기능 요소(10)의 부분이며, 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다. 기능 요소(10)들은 각각 헤드(43)를 갖는다. 압입 볼트로 구성된 도 1 및 도 2에 따른 기능 요소(10)는 또한 나사산(45)(수나사산)이 형성되는 샤프트(41)를 갖는다. 너트 요소로 구성된 기능 요소(10)에는 암나사(45)(도 11a 참조)가 제공된다.
각각의 헤드(43)는 기능 요소(10) 내로 압입력을 도입하기 위한 접합 표면(15) 및 접합 표면(15) 반대편에 배치된 플랜지형 작업물 접촉 표면(17)을 갖는다. 기능 요소(10)의 축 방향 및/또는 반경 방향에서, 밀봉 영역(19)이 작업물 접촉 표면(17)과 기능 섹션(11) 사이에 위치되며, 상기 밀봉 영역(19)은 기능 요소(10)와 작업물(50) 사이의 연결부를 밀봉하기 위해 작업물(50)의 변위된 재료를 위한 접촉 표면(21)을 갖는다.
도 1 및 도 2의 요소(10)의 샤프트(41)는 접합 표면(15)으로부터 멀리 떨어진 측면으로부터 연장된다. 그러나, 접합 표면(15)에 샤프트를 배열하는 것도 가능하다[이때 접합 표면(15)은 원형 단면을 갖는 샤프트의 경우 링 형상일 것이다]. 체결 섹션(13)의 구조가 변경되지 않은 상태에서, 밀봉 영역(19)은 마찬가지로 축 방향으로 볼 때 작업물 접촉 표면(17)과 기능 섹션(11) 사이에 배치된다.
접촉 표면(21)의 구조는 도 3a 내지 도 5에 명확하게 도시되어 있다. 접촉 표면(21)은 기능 요소(10)의 축 방향에 대해 비스듬하게 연장되고 기능 요소(10)의 압입 방향(E)에서 볼 때 수렴하는 원뿔형 제 1 부분 표면(23), 및 압입 방향(E)에서 볼 때, 제 1 부분 표면(23)과 기능 섹션(11) 사이에 배치되고, 둥근 전이 영역(27)에 의해 제 1 부분 표면(23)에 인접하며, 마찬가지로 기능 요소(10)의 축 방향에 대해 비스듬하게 연장되고, 기능 요소(10)의 압입 방향(E)에서 볼 때 발산하는 원뿔형 제 2 부분 표면(25)을 포함한다. 구체적으로, 제 1 부분 표면(23)은 축 방향에 대해 대략 20° 내지 대략 40°, 특히 대략 30° 기울어질 수 있고, 제 2 부분 표면(25)은 축 방향에 대해 대략 50° 내지 대략 70°, 특히 대략 60° 기울어질 수 있다. 예를 들어, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 부분 표면(23, 25)은 서로에 대해 대략 직각으로 연장될 수 있다. 대안적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 부분 표면(23, 25) 사이의 각도는 또한 90° 초과, 예를 들어 최대 135°일 수 있다.
도 11a 내지 도 12b에 실시 형태가 명확하게 도시된 바와 같이, 너트 요소로서 구성된 기능 요소(10)의 접촉 표면(21)은 제 1 부분 표면(23) 및 원추형 제 2 부분 표면(25)을 포함하고, 상기 제 2 부분 표면(25)은 둥근 전이 영역(27)에 의해 제 1 부분 표면(23)에 인접하고, 기능 요소(10)의 축 방향으로 비스듬하게 연장되고, 기능 요소(10)의 압입 방향(E)에서 볼 때 발산된다. 본 형태에서, 제 1 부분 표면(23)은 압입 방향(E)과 대략 평행하게 연장되고, 그러나, 기능 요소(10)는 도 11b에서 점선으로 표시된 바와 같이, 제 1 부분 표면(23)이 축 방향으로 비스듬하게 연장되고 압입 방향(E)에서 볼 때 수렴하도록 구성될 수도 있다.
이와 관련하여 압입 방향(E)은 기능 요소(10)가 의도한 대로 금속 시트부(50) 내로 압입되는 방향을 가리킨다. 압입 방향(E)은 접합 표면(15)으로부터 작업물 접촉 표면(17) 방향으로 기능 요소(10)의 축 방향과 평행하게 연장되며, 접합 표면(15) 및 작업물 접촉 표면(17)은 압입 방향(E)에 대략 수직으로 연장된다.
접촉 표면(21), 그리고 실제로 제 1 부분 표면(23)은 도 1 내지 도 8에 따라 헤드(43)에 형성된 요소(10)의 (링) 리세스(recess)(39) 내로 연장되고, 그기서 가공물 접촉 표면(17)으로 합쳐진다. 복수의 반경 방향 연장 리브가 회전에 대한 안전을 제공하는 특징부(37)로서 리세스(39)에 형성된다. 리세스(39)는 기능 요소(10)의 압입 방향(E)과 반대 방향으로 더 향하여 작업물(50)의 재료가 리세스(39)로의 압입 시 적어도 부분적으로 변위될 수 있고 그렇게 함으로써 제 1 부분 표면(23)에 대해 놓일 수 있다.
도 9 내지 도 11b에 따른 요소(10)는 이러한 리세스(39)를 갖지 않는다. 대신, 반경 방향 내측으로 경사지고 둥근 전이 섹션(28)을 통해 제 1 부분 표면(23)으로 합쳐지는 쐐기형 상승 돌출부(40)가 제공된다. 도시된 실시 형태에서, 표면(23)은 원주 방향으로 균일하게 분포된 축 방향 리브의 형태로 회전에 대한 안전을 제공하는 특징부(37)를 갖는다. 돌출부는 또한 바람직하게는 회전에 대한 안전을 제공하는 특징부(37)를 갖는데, 여기서는 원주 방향으로 균일하게 분포된 예시적인 방사상 그루브들(grooves)이다.
필요하다면, 전술한 리세스(39)와 돌출부(40)는 - 또한 변형된 형태로 - 결합될 수 있고, 너트 요소와 볼트 요소 모두에 구현된다.
체결 섹션(13)은 또한 원주에서 반경 방향 외측으로 연장되고 축 방향으로 밀봉 영역(19)을 경계짓는 돌출부(29)를 포함한다. 돌출부(29)는 밀봉 영역(19)을 향하고 접촉 표면(21)의 제 2 부분 표면(25)이 형성되는 제 1 플랭크(flank)(31), 및 밀봉 영역(19)으로부터 이격된 제 2 플랭크(33)를 갖는다. 또한, 압입 볼트로 구성된 기능 요소(10)의 돌출부(29)는 너트 요소와 달리, 2개의 플랭크(31, 33)를 서로 연결하는 선택적 연결 섹션(35)을 갖는다. 돌출부(29)의 직경은 축 방향 크기를 따라 변하고, 압입 방향(E)에서 볼 때 제 1 플랭크(31)의 영역에서 증가하고, 연결 섹션(35)의 영역에서 일정하게 유지되고, 제 2 플랭크(33)의 영역에서 감소한다. 따라서, 플랭크(31, 33)은 기능 요소(10)의 축 방향에 대해 비스듬하게 연장된다.
특히 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 플랭크(31)는 제 2 플랭크(33)보다 축 방향에 대해 더 기울어질 수 있다. 한편으로, 접촉 표면(21)의 특히 효과적인 구조 및 돌출부(29)에 의한 효과적인 언더컷(undercut)이 이에 의해 형성된다. 다른 한편으로, 제 2 플랭크(33)의 비교적 약간의 위치 설정(positioning) 또는 경사는 돌출부(29)를 성형된 구멍에 삽입하는 것을 용이하게 한다.
이에 대한 대안으로, 돌출부(29)는 대략 대칭적인 구조일 수 있으며, 이에 의해 축 방향(예를 들어, 도 3b 참조)에 대한 플랭크(31, 33)의 동일한 경사가 형성되거나 제 1 플랭크(31)가 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 플랭크(33)보다 축 방향에 대해 덜 기울어질 수 있다. 구체적으로, 제 1 플랭크(31)는 유리하게는 축 방향에 대해 대략 50° 내지 대략 70°, 특히 대략 60° 기울어질 수 있고, 제 2 플랭크(33)는 축 방향에 대해 대략 15° 내지 대략 35°, 특히 대략 25° 기울어질 수 있다.
작업물(50)과 기능 요소(10)의 결합은, 각각 본 발명에 따른 부품 어셈블리(100)를 도시하는 특히 도 6a 내지 도 8b, 그리고 도 12a 및 도 12b로부터 명확하게 알 수 있다. 도시된 바와 같이, 작업물(50)은 각각의 경우에 예시 형태로서 바람직하게는 연성 특성을 갖는 금속 시트부로 구성된다. 각각의 경우에 작업물(50)은 기능 요소(10)의 작업물 접촉 표면(17)이 접촉하는 표면(51) 및 작업물(50)의 대향 배치된 측면에 있는 표면(53)을 갖는다. 각각의 경우에 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b 및 도 8a, 도 8b에 도시된 작업물은 본 발명에 따른 개념이 가장 다양한 특성을 갖는 작업물에 사용될 수 있음을 예시하기 위해 증가하는 두께(T50)를 갖는다.
기능 요소(10)는 각각의 경우에 작업물(50)에 제공된 성형된 구멍, 예를 들어 보어(bore) 또는 미리 천공된 구멍으로 압입되어, 밀봉 영역(19) 및 - 존재하는 경우 - 리세스(39) 내의 작업물(50)의 변위된 재료가 수용되고 접촉 표면(21)과 긴밀하게 접촉한다. 이것은 제 1 부분 표면(23)의 비스듬한 배치에 의해 단순화되는데, 그 이유는 재료가 상기 제 1 부분 표면(23)과 면 접촉하기 위해 밀봉 영역(19) 내로 너무 깊게 압입될 필요가 없기 때문이다. 이와 관련하여, 작업물(50)의 두께(T50)에 따라, 작업물(50)의 변위된 재료가 돌출부(29)와 접촉하거나(도 6b, 도 8b, 도 12b) 돌출부(29)를 완전히 둘러싸기도 한다(도 7b). 따라서, 본 발명에 따른 기능 요소(10)는 각각의 작업물(50)의 두께(T50)에 관계없이, 우수하게 밀봉된 부품 어셈블리(100)의 제조를 가능하게 한다.
도 6a 내지 도 7b에 도시된 부품 어셈블리(100)를 제조하기 위해 특히 다음 절차를 따를 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 기능 요소(10) 및 작업물(50), 특히 성형된 구멍이 형성된 금속 시트부가 제공된다. 그 다음, 기능 요소(10)는 작업물 접촉 표면(17)이 표면(51)을 향하도록 그 성형된 구멍에 삽입된다.
이와 관련하여, 압입력이 접합 표면(15)으로 도입되고 작업물 접촉 표면(17)이 작업물(50)과 접촉되게 한다. 이 압입력은 작업물(50)의 재료가 밀봉 영역(19) 내로 압입되어 접촉 표면(21)에 대해 가압되도록 사용될 수 있다. 이를 위해, 도면에 도시되지 않은 다이(die)가 작업물 접촉 표면(17)으로부터 멀리 떨어진 표면(53) 상에 제공될 수 있다. 압입력으로 인해, 다이의 펀치는 표면(53) 내로 가압되고, 상기 링 그루브(55)는 구멍에 인접한 작업물(50)의 영역에 형성된다. 따라서, 구멍에 인접한 영역으로 다이의 펀치를 작업물(50)로 가압함으로써 밀봉 영역(19) 내로 유동하는 작업물(50)의 재료를 변위시키고 그렇게 함으로써 접촉 표면(21)에 대해 놓이게 된다.
일반적으로 요소(10)를 작업물(50)에 먼저 삽입하고 별도의 및/또는 후속 단계에서 다이에 의해 재료를 변위시키는 단계를 수행하는 것도 가능하다.
도 8a, 도 8b의 부품 어셈블리(100)에서, 재료의 변위는 펀치를 갖는 다이에 의해 영향을 받지 않지만, 작업물(50)의 표면(53)은 오히려 구멍 주변 영역에서 실질적으로 평평한 지지체 표면 상에 배치된다. 본 명세서에서, 재료의 변위는 헤드(43)를 표면(51) 내로 부분적으로 가압함으로써 이루어진다. 평평한 지지체 표면으로 인해, 재료는 아래쪽으로 빠져나갈 수 없으며 따라서 재료가 제 1 부분 표면(23)과 면접촉으로 그리고 긴밀하게 접촉할 때까지 밀봉 영역(19) 내로 압입된다.
도 12a, 도 12b에 따른 부품 어셈블리(100)에서, 재료의 변위는 돌출부(40)에 의해 영향을 받는다. 헤드(43)는 작업물(50) 내로 가압되지 않고, 작업물 접촉 표면(17)이 접촉할 때까지 그 표면(51)에 대해 단지 가압된다. 이와 관련하여, 돌출부(40)는 작업물(50)을 관통한다. 반경 방향으로 안쪽으로 기울어진 쐐기 형상은 밀봉 영역(19) 내로의 재료의 "??* 변위를 지지한다.
재료의 변위에 대한 위에서 설명된 개념은 그것이 각각의 응용에서 유용하다면 결합될 수 있다는 것이 이해된다.
본 명세서에서 도시되고 설명된 실시 형태는 추가적인 밀봉 수단 없이 적은 노력으로 부품 어셈블리의 밀봉된 연결을 가능하게 하는 기능 요소 또는 부품 어셈블리를 제공한다는 공통점을 갖는다. 제 1 및 제 2 부분 표면, 제 1 및 제 2 플랭크, 전이 섹션 및/또는 연결 섹션의 구조, 특히 공간적 배치, 크기 및/또는 경사의 적합한 선택으로 인해, 기능 요소는 존재하는 각 조건에 적응될 수 있다.
상기 실시 형태는 미리 천공된 작업물에 삽입될 수 있는 기능 요소에 관한 것이다. 그러나, 이러한 요소, 특히 샤프트가 접합 표면에서 연장되는 너트 요소 또는 볼트 요소와 같이 자기-펀칭될 수도 있다. 이를 위해 체결 섹션에 작업물을 향한 펀칭 에지가 제공될 수 있다.
10: 기능 요소
11: 기능 섹션
13: 체결 섹션
15: 접합 표면
17: 작업물 접촉 표면
19: 밀봉 영역
21: 접촉 표면
23: 제 1 부분 표면
25: 제 2 부분 표면
27: 전이 영역
29: 돌출부
28: 전이섹션
31: 제 1 플랭크
33: 제 2 플랭크
35: 연결 섹션
37: 회전을 방지하는 특징부
39: 리세스
40: 돌출부
41: 샤프트
43: 헤드
45: 나사산
50: 작업물
51: 표면
53: 표면
55: 링 그루브
100: 부품 어셈블리
E: 압입 방향
T50: 작업물의 두께

Claims (23)

  1. 작업물(50), 특히 금속 시트부 내로 가압하기 위한 기능 요소(10)로서,
    상기 기능 요소(10)는
    기능 섹션(11), 및
    체결 섹션(13)
    을 포함하고,
    상기 체결 섹션(13)은,
    상기 기능 요소(10) 내로 압입력을 도입하기 위한 접합 표면(15),
    상기 접합 표면(15)의 반대편에 배치되고, 작업물(50)과 접촉될 수 있고, 특히 플랜지형 구조인 작업물 접촉 표면(17), 및
    상기 작업물(50)의 변위된 재료를 수용하기 위한 밀봉 영역(19) - 상기 밀봉 영역(19)은 상기 기능 요소(10)의 축 방향 및/또는 반경 방향으로 상기 작업물 접촉 표면(17)과 상기 기능 섹션(11) 사이에 배치되고, 상기 기능 요소(10)와 상기 작업물(50) 사이의 연결부를 밀봉하기 위해 상기 변위된 재료에 대한 접촉 표면(21)을 형성함 -
    을 가지고,
    상기 접촉 표면(21)은 상기 기능 요소(10)의 축 방향에 대해 비스듬하게 연장되고 상기 기능 요소(10)의 압입 방향(E)에서 볼 때 수렴하는 제 1 부분 표면(23), 및 상기 제 1 부분 표면에 인접하고, 상기 기능 요소(10)의 축 방향으로 비스듬하게 연장되고 상기 기능 요소의 압입 방향(E)에서 볼 때 발산되는 제 2 부분 표면(25)을 갖는, 기능 요소(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 표면(23)은 상기 축 방향에 대해 대략 20° 내지 대략 40°, 특히 대략 30° 기울어지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 부분 표면(25)은 상기 축 방향에 대해 대략 50° 내지 대략 70°, 특히 대략 60° 기울어지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 표면(23)과 상기 제 2 부분 표면(25)은 서로에 대해 대략 직각으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 표면(23) 및/또는 상기 제 2 부분 표면(25)은 원추형인 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 표면(23)은 둥근 전이 영역(transition region)(27)에 의해 상기 제 2 부분 표면(25)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  7. 특히 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 작업물(50), 특히 금속 시트부로 가압하기 위한 기능 요소(10)로서, 상기 기능 요소(10)는
    기능 섹션(11), 및
    체결 섹션(13)
    을 포함하고,
    상기 체결 섹션(13)은,
    상기 기능 요소(10) 내로 압입력을 도입하기 위한 접합 표면(15),
    상기 접합 표면(15)의 반대편에 배치되고, 상기 작업물(50)과 접촉될 수 있고, 특히 플랜지형 구조인 작업물 접촉 표면(17), 및
    상기 작업물(50)의 변위된 재료를 수용하기 위한 밀봉 영역(19) - 상기 밀봉 영역(19)은 상기 기능 요소(10)의 축 방향 및/또는 반경 방향으로 상기 작업물 접촉 표면(17)과 상기 기능 섹션(11) 사이에 배치되고, 상기 기능 요소(10)와 상기 작업물(50) 사이의 연결부를 밀봉하기 위해 상기 변위된 재료에 대한 접촉 표면(21)을 형성함 -
    을 가지고,
    상기 체결 섹션(13)은 상기 축 방향으로 상기 밀봉 영역(19)을 경계짓는 돌출부(29)를 가지며, 상기 돌출부(29)는 상기 밀봉 영역(19)을 향하는 제 1 플랭크(31) 및 상기 밀봉 영역(19)에서 멀리 떨어져 있고 비스듬하게 연장되고 상기 축 방향에 대해 다른 각도로 기울어지는 제 2 플랭크(33)를 갖는, 기능 요소(10).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 플랭크(31)는 상기 제 2 플랭크(33)보다 상기 축 방향에 대해 더 기울어지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 플랭크(31)는 상기 축 방향에 대해 대략 50° 내지 대략 70°, 특히 대략 60° 기울어지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 플랭크(33)는 상기 축 방향에 대해 대략 15° 내지 대략 35°, 특히 대략 25° 기울어지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 플랭크(31)와 상기 제 2 플랭크(33)는 상기 돌출부(29)가 일정한 직경을 갖는 연결 섹션(35)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 플랭크(31)는 상기 접촉 표면(21)의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체결 섹션(13), 특히 상기 작업물 접촉 표면(17)은 회전을 방지하는 적어도 하나의 특징부(37), 바람직하게는 회전을 방지하는 복수의 특징부(37)를 갖는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전을 방지하는 특징부(37)는 반경 방향 및/또는 축 방향 연장 리브(ribs) 또는 그루브(grooves)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물 접촉 표면(17)은 리세스(recess)(39), 특히 링 리세스를 갖고, 상기 제 1 부분 표면(23)이 바람직하게는 상기 리세스(39) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물 접촉 표면(17)은 돌출부(40)를 가지며, 특히 상기 돌출부(40)는 단면에서 볼 때 적어도 쐐기형 구조의 단면이며, 및/또는 특히 상기 제 1 부분 표면(23)은 상기 돌출부(40) 내로 합쳐지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물 접촉 표면(17)은 상기 제 1 부분 표면(23) 내로 합쳐지는 것을 특징으로 하는, 기능 요소(10).
  18. 작업물(50), 특히 금속 시트부, 및 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 기능 요소(10)를 갖는 부품 어셈블리(100)로서,
    상기 기능 요소(10)가 상기 작업물에 미리 제작된 구멍 또는 상기 기능 요소(10)에 의해 펀칭된 구멍 내로 압입되어, 상기 압입에 의해 또는 상기 압입 후에 변위된 상기 작업물(50)의 재료가 상기 밀봉 영역(19)에 수용되고 상기 접촉 표면(21)과 긴밀하게 접촉되는, 부품 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 작업물(50)의 변위된 재료는 상기 돌출부(29)와 접촉되거나 상기 돌출부(29)를 적어도 부분적으로 또는 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 부품 어셈블리.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 작업물(50)의 두께(T50)가 적어도 상기 구멍의 영역에서 상기 밀봉 영역(19)의 축 방향 크기보다 작거나 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 부품 어셈블리.
  21. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 작업물(50)의 두께(T50)는 적어도 상기 구멍의 영역에서 상기 밀봉 영역(19)의 축 방향 크기보다 크거나 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 부품 어셈블리.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 부품 어셈블리(100)의 제조 방법으로서,
    - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 기능 요소(10)를 제공하는 단계,
    - 작업물(50), 특히 금속 시트부를 제공하는 단계, 및
    - 상기 기능 요소(10)를 상기 작업물의 미리 제작된 구멍 또는 상기 기능 요소(10)에 의해 천공된 구멍 내에 삽입하고 상기 작업물 접촉 표면(17)이 상기 작업물(50)과 접촉되도록 상기 접합 표면(15) 내에 압입력을 도입하는 단계, 및
    - 상기 기능 요소(10)와 상기 작업물(50) 사이에 밀봉된 연결부를 형성하기 위해 상기 재료가 상기 접촉 표면(21)에 대해 가압되도록 상기 작업물(50)의 재료를 상기 밀봉 영역(19) 내로 변위시키는 단계
    를 포함하는, 부품 어셈블리(100)의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    - 상기 작업물(50)의 재료를 상기 밀봉 영역(19) 내로 변위시키기 위해 상기 작업물 접촉 표면(17)으로부터 멀리 떨어진 상기 작업물(50)의 표면(53)에 대해 다이를 가압하여 상기 기능 요소(10)와 상기 작업물(50) 사이에 밀봉된 연결부를 형성하도록 상기 재료가 상기 접촉 표면(21)에 대해 가압되는, 부품 어셈블리(100)의 제조 방법.
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