WO2002081145A2 - Method for attaching a functional element to a component and tool associated therewith - Google Patents

Method for attaching a functional element to a component and tool associated therewith Download PDF

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WO2002081145A2
WO2002081145A2 PCT/EP2002/003456 EP0203456W WO02081145A2 WO 2002081145 A2 WO2002081145 A2 WO 2002081145A2 EP 0203456 W EP0203456 W EP 0203456W WO 02081145 A2 WO02081145 A2 WO 02081145A2
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WO
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sheet metal
functional element
metal part
rivet section
annular
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PCT/EP2002/003456
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German (de)
French (fr)
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WO2002081145A3 (en
Inventor
Jiri Babej
Richard Humpert
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Profil Verbindungstechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • 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
    • F16B37/065—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 nut
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for attaching a functional element to a sheet metal part, the functional element having a head part which has an annular bearing surface and a tubular rivet section which is provided on the side of the bearing surface of the head part and extends away from the head part in the region of the transition from Head part in the rivet section, the bearing surface comprises a ring recess with an annular surface inclined to the longitudinal axis of the functional element and the ring recess has its greatest depth adjacent to the rivet section and possibly anti-rotation features, such as anti-rotation noses, in the area of the ring recess and / or in the area of the transition of the ring recess in the rivet section is provided, which optionally subdivide the ring recess into individual fields distributed around the longitudinal axis of the functional element.
  • the present invention is concerned with a tool for attaching a corresponding functional element.
  • a functional element of the type mentioned at the outset is shown in European Patent 0 713 982 and is either introduced simultaneously into one or more sheet metal parts by the process described therein or else in a sheet metal part in accordance with the so-called clamping rivet method described in European Patent 0 539 793 is appropriate.
  • the sheet metal part is made in one pre-punched and drawn and plastically deformed into a generally dome-shaped or conical section that surrounds the hole.
  • the tubular rivet section is then inserted through the hole in the sheet metal part, from the side of the dome-shaped elevation.
  • the functional element is pressed against the sheet metal part, so that the dome-shaped section of the sheet metal part is deformed into a generally flat shape or at least shortened in height, and at the same time the free end of the tubular rivet section is deformed radially outwards , which creates a very firm positive connection between the functional element and the sheet metal part.
  • both the sheet metal material and the rivet section of the functional element are deformed.
  • the prefabricated hole in the dome-shaped section is dimensioned such that it is slightly larger than the outer diameter of the tubular rivet section of the functional element.
  • the diameter of the hole is reduced so that the material around the rivet section undergoes plastic deformation and after the attachment of the functional element, an increased compressive tension remains in the sheet metal part around the flanged rivet section of the functional element Part is responsible for the tight fit of the functional element in the sheet metal part.
  • the clamp hole riveting process is successful in practice, but nevertheless somewhat complicated and complex in practical use.
  • the functional element is introduced into the sheet-metal part from the side of the dome-shaped elevation and this means that a relatively precise alignment of the functional element and the hole in the dome-shaped elevation is required in order to achieve a high-quality connection .
  • the clamping hole riveting method were used with a functional element in accordance with EP 0 713 982
  • the ring recess in the area of the transition from the head part to the rivet section is also conical, so that the degree of plastic deformation of the dome-like section is limited and therefore it is difficult to achieve the necessary deformation of the sheet metal part and the generation of the desired high compressive forces in the sheet metal part.
  • the object of the present invention is to provide a method and a tool for attaching a functional element of the type mentioned at the beginning to a sheet metal part, which on the one hand is designed to be less complex, but on the other hand means an intensive plastic deformation of the sheet metal part, as a result of which a particularly high-quality attachment of the functional element to Sheet metal part is possible and the assembly part thus produced has excellent resistance to pull-out and extrusion forces as well as against twisting.
  • the method for attaching the functional element to a sheet metal part is designed in such a way that the sheet metal part is supported on a perforated die which has a bore whose diameter at least substantially corresponds to the outside diameter of the rivet section or is slightly larger than this, the bore opening into the face of the punch die facing the sheet metal part and passing over an annular surface inclined to the longitudinal axis of the die into an annular contact surface of the punch die set back relative to the mouth of the bore, that the functional element is pressed onto the sheet metal part supported on the punch die in order to punch out a punching slug from the sheet metal part by means of the self-piercing rivet section and to produce a conical increase in the sheet metal part via the inclined annular surface of the punch die, which increases the punching hole produced by punching out the punching die surrounds that the sheet metal part with the functional element, the rivet section of which is located in the punched hole, is then pressed onto a rivet die which, coaxially
  • the functional element is introduced into the sheet metal part in a self-punching manner, as a result of which the perforated die and the rivet die subsequently used achieve an intensive and sufficient plastic deformation of the sheet metal part, so that a high-quality connection is created between the functional element and the sheet metal part.
  • the functional element is introduced into the sheet metal part in a self-punching manner, the precise alignment of the sheet metal part with the tools is considerably less critical since the rivet section of the functional element itself punches the hole in a flat area of the sheet metal part. Sufficient alignment of the functional element with the punch die must be ensured, but this is not critical in practice, since one is used to processing sheet metal is to work with punching or setting heads and dies that are aligned with each other.
  • the sheet metal part already lies closely against the rivet section of the functional element during the punching process, which can be improved by certain design features of the punch die, so that it is not possible for the punch hole to be somewhat larger than at first manufacture the rivet section to avoid misalignment of the functional element with the sheet metal part.
  • Sheet metal part this is already plastically deformed to a sufficient extent, because you do not have to first bridge a space between the rivet section and the punched hole, as is the case with traditional clamp hole riveting. Furthermore, with the method according to the invention it is much less problematic to introduce the functional element into the sheet metal part, since it is not necessary to align the functional element with a dome-shaped section of the sheet metal part facing it.
  • this creates more sheet metal material in the region of the rivet section, and on the other hand the conical depression prevents the sheet material from moving away from the rivet section during the press-in process even before the rivet die is used.
  • the holding effect of the corresponding conical recess is so good that you can work without a hold-down device, which simplifies the tools used.
  • the hole in the punch die is made significantly larger than the outer diameter of the rivet section.
  • the punching process then, as will be explained in more detail later, leads to a small cylindrical continuation of the conical depression in the sheet metal part, so that the sheet metal material prevents the expansion of the punched hole even better as the functional element progressively presses with the sheet metal part.
  • this design leads to the fact that the alignment of the die with the punching head is even less critical and the cylindrical projection creates additional sheet metal material to the rivet section, which benefits the plastic deformation of the sheet metal material and the high-quality connection to the functional element.
  • the design of the method is such that the contact surface of the functional element around the ring recess is one has further annular contact surface, which extends at least in one area radially to the longitudinal axis of the functional element and then merges into a lateral surface of the head part of the functional element via a curve or a chamfer. After the punching process, the sheet metal part lies in the ring recess on the head part of the element.
  • the height of the conical increase in the sheet metal part is selected so that it diverges in the radial direction away from the head part of the functional element, so that there is a ring gusset between the head part of the functional element and the sheet metal part in the region of the further annular contact surface of the head part.
  • this ring gusset is at least partially filled by pressing down the conical increase in the sheet metal part, as a result of which the sheet metal material is pressed in the radial direction against the rivet section in the region of the transition into the ring recess.
  • the ring gusset formed in this way is at least partially filled by depressing the cone-shaped elevation of the sheet metal part means that the sheet material is squeezed, that this is plastically deformed in the area of the rivet section and that a high compressive pressure in the sheet material around the rivet section of the functional element remains.
  • the sheet metal part is supported on a perforated die which has a bore, the diameter of which at least substantially corresponds to the outer diameter of the rivet section or is slightly larger than this, the bore in a facing the sheet metal part Indentation in the end face of the punch die opens into an annular contact surface of the punch die lying axially in front of the mouth of the hole.
  • ze passes over that the functional element is pressed onto the sheet metal part supported on the support surface of the perforated die in order to punch out a punching slug from the sheet metal part by means of the self-piercing rivet section and to produce a conical depression in the sheet metal part via the depression of the perforated die, which through the Punching out the punching hole produced punch hole surrounds that the sheet metal part with the functional element, the rivet section of which is located in the punch hole, is then pressed against a rivet die which, coaxially to the longitudinal axis of the functional element on its end face facing the sheet metal part, has a projection designed for flanging the rivet section, which brings the sheet metal part into full contact with the support surface of the functional element, so that the sheet metal part is clamped in a form-fitting manner around the punched hole between the flanged rivet section and the support surface of the functional element.
  • the functional element is inserted into the sheet metal part in a self-punching manner, but the perforated die is designed such that a conical depression is produced in the sheet metal part, which is subsequently formed into a conical elevation in the area of the ring recess of the functional element in the subsequent riveting process.
  • the conical recess can be designed such that, taking into account any anti-rotation features in the area of the ring recess or the rivet section of the functional element, an excess of material is provided in the conical recess of the sheet metal part relative to the cone-shaped elevation, whereby the sheet metal material is plastically deformed during forming and one exerts permanent radial pressure on the rivet section of the functional element.
  • Particularly preferred embodiments of the tools used can be found in the further claims 12 to 13.
  • FIG. 1A-1F a sequence of drawings, which represent a first variant of the method according to the invention for attaching a functional element to a sheet metal part
  • FIGS. 2A and 2B show two drawings similar to FIGS. 2A and 2B to explain the mode of operation of a further form of a
  • 6A-6F show a still further sequence of drawings for a further variant of the method according to the invention explain the attachment of a functional element to a sheet metal part.
  • FIG. 1A shows in axial section a so-called RND element 10 from Profilstrahlstechnik GmbH and Co. KG, the element 10 being cut in an axial plane that encompasses the central longitudinal plane 12 of the element.
  • the element 10 shown is known in principle from European patent specification 0 713 982 and is fastened here to a sheet metal part 14 by a modification of the so-called clamp riveting method.
  • the functional element 10, which is realized here as a nut element, has a head part 18 having an annular bearing surface 16 and a tubular stamping and riveting section 20 arranged on the side of the bearing surface 16 of the head part 18.
  • the contact surface 16 comprises an annular recess 22 with an annular surface 24 inclined to the longitudinal axis 12 of the functional element 10, the annular recess 22 having its greatest depth adjacent to the rivet portion 20 and the inclined annular surface 24 in a further annular support surface area 27 runs out, which lies in a radial plane and itself merges into a curve 21 or chamfer of the head part.
  • anti-rotation features are provided in the form of anti-rotation noses 26 in the area of the ring recess 22, the anti-rotation noses 26 extending in the radial direction and bridging the ring recess.
  • a total of six such anti-rotation noses are provided, which accordingly divide the ring recess into six fields that follow one another about the longitudinal axis 12. Fewer than six or more than six such anti-rotation lugs can be provided and the lugs can also, if necessary wishes to be raised in the area of the transition of the ring recess into the rivet section. However, this is not necessary and can also lead to complications when attaching the element, which is why such anti-rotation noses are omitted in this illustration.
  • the ring-shaped area of the ring-shaped bearing surface 16 which is in a plane perpendicular to a longitudinal axis 12 and is preferably not interrupted by anti-rotation features.
  • the functional element 10 has a central bore 28, which is provided with a threaded cylinder 30.
  • the head part 18 also has an annular recess 32 which defines a cylindrical region 34 of the head part which is surrounded by an annular pressure surface 36.
  • the functional element 10 does not have to be designed as a mother element. Instead, the cylindrical region 34 could merge over the annular surface 38 into a shaft part which would extend upwards in the illustration according to FIG. 1A, so that a bolt element is present.
  • the functional element 10 could also perform other functions.
  • the bore 28 could be embodied as a cylindrical bearing surface for the rotatable mounting of a shaft or as a clip receptacle to accommodate a clip attachment.
  • the shaft part can not only be provided with a threaded cylinder, as a result of which a bolt element is present, but the shaft part could have a cylindrical bearing surface, for example for the rotatable mounting of a lever, or it could, for example, be provided with an annular groove to record a clip to take.
  • the annular surface 36 is designed as a pressure surface, so that a pressure in the longitudinal direction of the axis 12 can be exerted on the pressure surface 36 by means of a suitable tool, shown here with 40, in order to bring the element into the sheet metal part 14 without the forces exerted on the functional element 10 lead to an inadmissible deformation of the functional element or threaded cylinder.
  • tubular rivet section 20 has an inner diameter which is significantly larger than that of the bore 28 or that of the outer diameter of the threaded cylinder 30 and that the free end face of the tubular rivet section 20, ie the lower one 1A, is equipped with punching and riveting features which will be explained in more detail later.
  • a perforated die 42 is located below the sheet metal part 14 in FIG. 1A, the tool 40 and the perforated die 42 normally lying opposite one another and being provided in an aligned manner in a station of a progressive composite tool.
  • the tool 40 and the punch die 42 could be arranged in a transfer press.
  • the punch die 42 would then have to be arranged in the lower tool of the press and the tool Tool 40 is housed in a setting head, which is mounted on an intermediate plate of the press or on the upper tool of the press.
  • the die 42 could be mounted on the intermediate plate of the press and the tool 40 attached to the upper tool of the press.
  • Reverse arrangements are also conceivable, in which the lower tool 40 is arranged below the die 42, for example in the lower tool of the press or on the intermediate plate of the press, while the die is then arranged on the intermediate plate of the press or on the upper tool of the press would.
  • the functional element 10 is accommodated in an annular recess 46 of the tool, which has an annular shoulder 48 in the bottom area, which presses against the pressure surface 36 of the functional element.
  • the cylindrical region of the head part 18 is accommodated in a further cylindrical recess 50 of the tool 40 and merges into the cylindrical recess 46 via the annular shoulder 48.
  • the lower end of the tubular rivet section 20 of the functional element projects beyond the lower annular end face 52 of the tool.
  • the perforated die 42 has a central bore 54 which merges into a larger bore 56 in the downward direction in FIG. 1A.
  • the bore 54 of the perforated die opens into a conical depression 58 on the upper end face of the die, which forms an annular annular lip 62 with an inclined annular surface 60, surrounding the axis 12, the inclined annular surface 60 being set back into one opposite the mouth 59 of the bore annular contact surface 64 of the punch matrix passes over.
  • Fig. 1A shows the state in which the tool 40 moves down towards the punch die and the free end of the tubular rivet section 20 just hits the top of the sheet metal part 14, while this is supported directly on the annular lip 62 of the punch die , You notice that no hold-down is used here.
  • the further downward movement of the tool 40 pushes the functional element against the sheet metal part in such a way that a punching slug 66 is punched out of the sheet metal part 14 and the sheet metal material lies against the conical ring recess 58 the mouth of the bore 54 is brought.
  • the sheet metal material comes into contact with the lower end face 52 of the tool 40 and a slightly conical increase is formed between the annular lip 62 and the annular end face 52 of the tool.
  • FIG. 1B shows the diameter of the bore 54 in this example and that this has resulted in a cylindrical annular lip 68 being formed around the punched hole 70 in the sheet metal part Has.
  • This ring lip 68 together with the area of the bleaching part 14 which bears against the conical surface 58, prevents the punched hole 70 from being widened when the tool 40 is moved further downward. Instead, the sheet material around the punch hole 70 remains in close contact with the tubular surface of the rivet section 20.
  • FIG. IC shows the state after a further brief, downward movement of the tool 40, from which it can be seen that the sheet metal material is still in close contact with the rivet section 20.
  • the sheet metal material of the sheet metal part 14 follows the course of the inclined annular surface 60 of the perforated die 42, although this is not essential since the sheet metal material between the annular lip 62 and the contact surface 64 is stretched by the pressing forces of the tool on the lower end face 52 of the tool , so that even with an oblique course of the annular surface 60, the sheet material would assume the course shown in FIG. 1D in this area anyway.
  • the punching process is now complete and the upper tool 40 is raised (arrow 44) and the sheet metal part 14 with the functional element 10 is pressed away from the fixed punch die (by spring pins, not shown but known per se).
  • the punching slug 66 falls into the bore 56 into it and is disposed of via this bore in a manner known per se.
  • the sheet metal part 14 with the functional element 10 clamped in the punching hole 70 is now lifted away from the punch die and transported to the next station of the progressive tool. If such a progressive tool is used, the sheet metal part 14 is guided through the tool as a sheet metal strip in a manner known per se; this sheet metal strip consists of a plurality of connected sheet metal parts 14 which are held and guided by the edge regions of the sheet metal strip. If it is a transfer press, the sheet metal part 14 is transported into the next press or further into the first press.
  • the basic design of the tool 80 used for this purpose corresponds to the tool 40, but the ring recess 82 on the lower end face of the tool is only so deep in the axial direction that the lower end face 84 of the tool 80 is in one radial plane escapes with the annular region 27 of the bearing surface of the head part.
  • the die 86 which is arranged below the sheet metal part 14, has a cylindrical projection 88 which is arranged concentrically to the longitudinal axis 12 of the functional element 10 and has a slightly concave inclined annular surface 90 which merges into an annular surface 92 which is in a radial plane and is only slightly above the annular region 94 of the rivet die 86, which the Sheet metal part 14 is supported during the riveting process.
  • the upper tool 80 is first moved downward in accordance with the double arrow 96 in order to carry out the riveting process, which is shown in the closed state in FIG. IF.
  • the annular surface 92 has pressed the rivet section so flat that it is set back slightly against the underside of the sheet metal part 14.
  • the sheet metal part 14 is in turn clamped between the annular contact surface 84 of the upper tool 80 and the annular contact surface 94 of the rivet die 86, so that the sheet metal material is flat and free of warpage.
  • the finished assembly part consisting of the functional element 10 and the sheet metal part 14 can now be removed from the tools by lifting the upper tool 80 and the assembly part, which may be separated from the leading sheet metal strip in this station of the progressive tool or in a later station from the sheet metal strip.
  • FIG. 2A A first embodiment is shown in Fig. 2A.
  • the reference numerals used here are the same as those used in FIGS. 1A to IF, but the differences are explained in each case.
  • the perforated die 42 is shown here only in the region of the mouth of the bore 54 on the left side of the die, a conical annular surface 58 not being provided here, but the mouth of the bore 54 being located directly on the end face 61 of the die, which is then, for example, above the inclined surface 60 in the lower not shown here
  • FIG. 2B shows the state immediately after the punching slug 66 is formed, which is caused by the downward movement of the rivet section 20 of the functional element 10 in the direction of the arrow 44 is formed. It can be seen from FIG. 2B that the bore 54 of the punch die has a slightly larger inside diameter than the outside diameter of the cylindrical surface 21 of the rivet section.
  • the punching slug 66 appears as a mirror image of this process with a clean cut surface 67 in the upper region and with a slightly irregular fracture surface 69 in the lower third.
  • the design of the punched hole 70 and the outside of the punched slug 66 is in principle the same in such an arrangement at any point around the longitudinal axis 12 (not shown here). It can also be seen from FIG.
  • the design according to FIGS. 3A and 3B is even better.
  • the rivet section has the same configuration as in FIG. 2A, but the perforated die 42 has a conical surface 58, as shown in FIG. 1. However, this only merges into the inclined ring surface 60 via an annular surface 61, instead of going directly into this inclined surface, which is, however, fundamentally possible.
  • the bore 54 of the punch die has a larger diameter than the cylindrical surface 21 of the rivet section 20.
  • FIGS. 4A and 4B show the specific design according to FIG. 1, but here, too, the conical surface 58 first merges into a radially extending annular surface 61 and only then into the further inclined surface 60.
  • the annular surface 61 can be omitted so that the conical surface 58 merges directly into the inclined annular surface 60.
  • the perforated die 42 in this example has exactly the same shape as in FIG. 3B, on the other hand the rivet section 20 is now designed such that the cylindrical surface 21 merges into the end face 23 over a radius 19.
  • the bore 54 here has an inner diameter which is significantly larger than the cylindrical surface 21 of the rivet section 20.
  • the radius of the bore 54 can easily be increased by 30 up to 50% of the sheet thickness can be greater than the radius of the cylindrical surface 21 of the rivet section.
  • the larger diameter of the cylinder bore 54 compared to the cylindrical surface 21 of the rivet section means that the alignment of the die with the tool is less critical.
  • the cylindrical annular lip 68 helps the material in the area of the conical surface 58 to avoid the widening of the punched hole during the subsequent shaping of the sheet metal part.
  • the cylindrical lip 68 creates even more material in the area of the punched hole, so that an even more intensive plastic deformation of the sheet metal part is achieved in the area of the ring recess of the functional element.
  • this arrangement gives the punching slug a shape which is favorable for the safe disposal of the punching slug through the bore 56 of the punch die.
  • This advantageous design of the punching hole and the punching slug is also achieved if the punching section 20 has a conical depression on the radially inner side, as shown by the broken line 99 as a possibility.
  • This conical depression which is shown in Fig. 1, has the advantage that it favors the widening and flanging of the rivet section in the subsequent riveting process.
  • FIGS. 5A to 5F Another preferred embodiment of the method and the tools used will now be described with reference to FIGS. 5A to 5F.
  • the same reference numerals are used in connection with FIGS. 5A to 5F as in connection with the previous figures. It is therefore understood that the previous description also applies to parts in FIGS. 5A to 5F that have the same reference numerals, so that a more detailed description of these features will only be given if special features or special differences need to be taken into account.
  • the functional element 10 shown in FIGS. 5A to F has the same shape as the functional element 10 of FIGS. 1A to IF, so that a new description of the element itself is not necessary.
  • the upper tool 40 of FIG. 5A can be installed in a progressive tool or a transfer press like the corresponding tool of FIG. 1A, only here the tool 40 is surrounded by a spring-loaded hold-down device 100, which is shown by schematically illustrated helical compression springs 102 is biased.
  • the helical compression springs 102 can be replaced by other suitable springs, such as gas pressure or fluid pressure springs.
  • the tool 40 has only one depression 50, which corresponds to the depression 50 of the tool 40 in FIG. 1A.
  • the lower end face 48 of the tool 40 presses directly on the annular pressure surface 36 of the functional element 10.
  • the die 42 can be designed in the same way as in FIG. 1A, but is shown here as if it were the shape according to FIGS.
  • FIGS. 5D, 5E and 5F are identical to the procedure shown in FIGS. ID to IF, which is why these further steps are not described separately here. It can be seen, however, that the upper tool 80 and the rivet die 86 in FIGS. 5E and 5F are identical to the tool 80 and the rivet die 86 in FIGS. 1E and IF.
  • FIGS. 6A to 6F show a modified embodiment of the method according to the invention.
  • the same reference numerals are used for the same parts, and only the different features are described.
  • the perforated die 42 has a special design in which the bore 54 opens into a circular depression 110 in the end face of the die at 59, the circular depression 110 passing over an inclined annular surface 112 into the annular contact surface 64, this one axially in front of the mouth 59 of the bore 54 is arranged.
  • the transition from the bottom region 112 of the circular depression into the inclined annular surface 112 and the transition from the inclined annular surface 112 into the annular contact surface 160 are rounded.
  • the upper tool 40 is also implemented here without a hold-down device.
  • the recess 46 receiving the functional element 10 in the lower end face of the tool 40 is realized in principle in the same way as in the tool 40 of FIG. 1A with a first circular recess 46 which merges into a further circular recess 50 via a radially extending base region 48, only here is the circular recess 46 just so deep that the annular region 27 of the bearing surface 16 of the functional element 10 lies flush with the lower end face 52 of the upper tool 40. That the tubular rivet section 20 protrudes further from the lower end face of the tool 40.
  • the downward movement of the upper tool according to arrow 44 leads to the tubular rivet section 20 producing a conical annular recess 120 in the sheet metal part 14.
  • the punching section 20 is used to produce a punching slug, this being possible, for example, according to one of the methods according to FIGS. 2A and 2B, 3A and 3B or 4A and 4B.
  • the tool moves further downward until its lower end face 52
  • Sheet metal part clamps against the upper end face 64 of the punch die, as shown in FIG. 6D. It can be seen here that the sheet metal part is also attached to the further annular region 27 of the support surface 16 of the head part of the functional part. element 10 abuts and it can also be seen from Fig. 6D that the sheet material between this annular surface and the rivet section 20 tends to be larger in volume than the volume that it takes on during the subsequent riveting process when the cone-shaped depression in the sheet metal part in a Cone-shaped elevation is converted, which fills the ring recess (as shown in Fig. 6F).
  • the sheet metal material lies closely against the rivet section 20.
  • the sheet metal part with the functional element 10 frictionally clamped therein is then brought into a further station or into a further press after lifting the tool 40 and the sheet metal part and is there with an upper tool 80, which is identical to the upper tool 40 and with a lower rivet die 86, which is identical to the die 86 previously used according to FIGS. 1E and 5E, is subjected to a riveting process, which is shown in FIG. 6F in the final state.
  • the functional elements described here can be made, for example, from all materials that have strength class 5.6 or higher to reach.
  • Such metal materials are usually carbon steels with 0.15 to 0.55% carbon content.
  • all materials can be mentioned that reach the strength values of class 8 according to the Isostandard during the cold forming, for example a 35B2 alloy according to DIN 1654. for all commercially available steel materials for drawable sheet metal parts as well as for aluminum or their alloys.
  • Aluminum alloys, especially those with high strength, can also be used for the functional elements, e.g. AlMg5.
  • Functional elements made of high-strength magnesium alloys such as AM50 are also suitable.

Abstract

A method for attaching a functional element to a sheet-metal part wherein the functional element comprises a head part with an annular-shaped bearing surface and a tubular rivet section extending away from the head part provided on the side of the bearing surface of the head part; in the region of the transition between the head part and the rivet section the bearing surface has an annular-shaped recess with an annular surface which is disposed in an inclined position with respect to the longitudinal axis of the functional element and the depth of the inclined annular surface of the annular-shaped recess is at its largest adjacent to the rivet sections, optionally possessing torsional fixing characteristics, such as locking lugs which are provided in the region of the annular-shaped recess and/or in the region of the transition between the annular-shaped recess and the rivet section and which selectively divide the annular-shaped recess into individual areas disposed about the longitudinal axis of the functional element, characterised in that the functional element is automatically punched into the sheet-metal part by means of a modified clamping hole riveting procedure. The invention also relates to a tool.

Description

Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements an ein Bauteil sowie dazugehöriges Werkzeug Method for attaching a functional element to a component and associated tool
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements an ein Blechteil, wobei das Funktionselement einen eine ringförmige Auflagefläche aufweisenden Kopfteil und einen rohrförmi- gen, auf der Seite der Auflagefläche des Kopfteils vorgesehenen, vom Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt aufweist, im Bereich des Überganges vom Kopfteil in den Nietabschnitt die Auflagefläche eine Ringvertiefung mit einer zur Längsachse des Funktionselements schräggestellten Ringfläche umfaßt und die Ringvertiefung ihre größte Tiefe benachbart zum Nietabschnitt hat und gegebenenfalls Verdrehsicherungsmerkmale, wie beispielsweise Verdrehsicherungsnasen, die im Bereich der Ringvertiefung und/ oder im Bereich des Überganges der Ringvertiefung in den Nietabschnitt vorgesehen sind, die wahlweise die Ringvertiefung in einzelne um die Längsachse des Funktionselements verteilte Felder unterteilen.The present invention relates to a method for attaching a functional element to a sheet metal part, the functional element having a head part which has an annular bearing surface and a tubular rivet section which is provided on the side of the bearing surface of the head part and extends away from the head part in the region of the transition from Head part in the rivet section, the bearing surface comprises a ring recess with an annular surface inclined to the longitudinal axis of the functional element and the ring recess has its greatest depth adjacent to the rivet section and possibly anti-rotation features, such as anti-rotation noses, in the area of the ring recess and / or in the area of the transition of the ring recess in the rivet section is provided, which optionally subdivide the ring recess into individual fields distributed around the longitudinal axis of the functional element.
Weiterhin befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einem Werkzeug zum Anbringen eines entsprechenden Funktionselements.Furthermore, the present invention is concerned with a tool for attaching a corresponding functional element.
Ein Funktionselement der eingangs genannten Art ist im europäischen Patent 0 713 982 gezeigt und wird entweder nach dem dort beschriebenen Verfahren in ein oder mehrere Blechteile gleichzeitig eingebracht oder aber in einem Blechteil entsprechend dem sogenannten Klemmlochnietverfah- ren, das in dem europäischen Patent 0 539 793 beschrieben ist, angebracht. Bei dem Klemmlochnietverfahren wird das Blechteil in einem ersten Arbeitsschritt vorgelocht und in einen im allgemeinen domförmigen oder konusförmigen Abschnitt gezogen und plastisch verformt, der das Loch umgibt. Anschließend wird der rohrförmige Nietabschnitt durch das Loch im Blechteil eingesetzt, und zwar von der Seite der domförmigen Erhöhung. Danach wird in einem weiteren Schritt das Funktionselement gegen das Blechteil gepreßt, so daß der domförmige Abschnitt des Blechteils in eine im allgemeinen ebene Form verformt wird oder wenigstens in der Höhe verkürzt wird, und es wird gleichzeitig das freie Ende des rohrförmigen Nietabschnitts radial nach außen verformt, wodurch eine sehr feste formschlüssige Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil erzeugt wird. Bei diesem Anbringungsverfahren wird sowohl des Blechmaterial als auch der Nietabschnitt des Funktionselements verformt. Dabei wird das vorgefertigte Loch im domförmigen Abschnitt so bemessen, daß es geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des rohrförmigen Nietabschnitts des Funktionselements. Durch die Flachpressung des domförmigen Abschnitts wird der Durchmesser des Lochs aber so verkleinert, daß das Material um den Nietabschnitt herum eine plastische Verformung erfährt und nach der Anbringung des Funktionselements bleibt im Blechteil um den umgebördelten Nietabschnitt des Funk- tionselements eine erhöhte kompressive Spannung, die zum Teil für den festen Sitz des Funktionselements im Blechteil verantwortlich ist. Das Klemmlochnietverfahren ist in der Praxis erfolgreich, aber dennoch etwas kompliziert und aufwendig in der praktischen Anwendung. Wie oben zum Ausdruck gebracht, wird das Funktionselement von der Seite der domför- migen Erhöhung des Blechteils in dieses eingebracht und dies bedeutet, daß eine relativ genaue Ausrichtung des Funktionselements und des Lochs in der domförmigen Erhöhung erforderlich ist, um eine hochwertige Verbindung zustande zu bringen. Würde man das Klemmlochnietverfahren mit einem Funktionselement entsprechend dem EP 0 713 982 anwenden, so liegt ein Problem darin, daß die Ringvertiefung im Bereich des Übergangs vom Kopfteil in den Nietabschnitt ebenfalls konusförmig gestaltet ist, so daß der Grad der plastischen Rückverformung des domartigen Abschnitts begrenzt ist und man daher Schwierigkeiten hat, die erforderliche Rückverformung des Blechteils und die Erzeugung der erwünschten hohen kompressiven Kräften im Blechteil zu erreichen.A functional element of the type mentioned at the outset is shown in European Patent 0 713 982 and is either introduced simultaneously into one or more sheet metal parts by the process described therein or else in a sheet metal part in accordance with the so-called clamping rivet method described in European Patent 0 539 793 is appropriate. With the clamp riveting process, the sheet metal part is made in one pre-punched and drawn and plastically deformed into a generally dome-shaped or conical section that surrounds the hole. The tubular rivet section is then inserted through the hole in the sheet metal part, from the side of the dome-shaped elevation. Thereafter, in a further step, the functional element is pressed against the sheet metal part, so that the dome-shaped section of the sheet metal part is deformed into a generally flat shape or at least shortened in height, and at the same time the free end of the tubular rivet section is deformed radially outwards , which creates a very firm positive connection between the functional element and the sheet metal part. In this method of attachment, both the sheet metal material and the rivet section of the functional element are deformed. The prefabricated hole in the dome-shaped section is dimensioned such that it is slightly larger than the outer diameter of the tubular rivet section of the functional element. Due to the flat pressure of the dome-shaped section, the diameter of the hole is reduced so that the material around the rivet section undergoes plastic deformation and after the attachment of the functional element, an increased compressive tension remains in the sheet metal part around the flanged rivet section of the functional element Part is responsible for the tight fit of the functional element in the sheet metal part. The clamp hole riveting process is successful in practice, but nevertheless somewhat complicated and complex in practical use. As stated above, the functional element is introduced into the sheet-metal part from the side of the dome-shaped elevation and this means that a relatively precise alignment of the functional element and the hole in the dome-shaped elevation is required in order to achieve a high-quality connection , If the clamping hole riveting method were used with a functional element in accordance with EP 0 713 982, there is a problem in that the ring recess in the area of the transition from the head part to the rivet section is also conical, so that the degree of plastic deformation of the dome-like section is limited and therefore it is difficult to achieve the necessary deformation of the sheet metal part and the generation of the desired high compressive forces in the sheet metal part.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Werkzeug zum Anbringen eines Funktionselements der eingangs genannten Art an ein Blechteil vorzusehen, das einerseits weniger aufwendig gestaltet is, andererseits aber eine intensive plastische Verformung des Blechteils bedeutet, wodurch eine besonders hochwertige Anbringung des Funktionselements am Blechteil möglich ist und das so erzeugte Zusammenbauteil einen ausgezeichneten Widerstand gegen Auszieh- und Auspreßkräfte sowie gegen Verdrehung aufweist.The object of the present invention is to provide a method and a tool for attaching a functional element of the type mentioned at the beginning to a sheet metal part, which on the one hand is designed to be less complex, but on the other hand means an intensive plastic deformation of the sheet metal part, as a result of which a particularly high-quality attachment of the functional element to Sheet metal part is possible and the assembly part thus produced has excellent resistance to pull-out and extrusion forces as well as against twisting.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird nach einer ersten Variante der Erfindung das Verfahren zur Anbringung des Funktionselements an ein Blechteil so gestaltet, daß das Blechteil auf einer Lochmatrize abgestützt wird, die eine Bohrung aufweist, deren Durchmesser zumindest im wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder etwas größer als dieser ist, wobei die Bohrung in die dem Blechteil zugewandten Stirnseite der Lochmatrize mündet und über eine zur Längsachse der Matrize schräggestellten Ringfläche in eine gegenüber der Mündung der Bohrung zurückversetzte, ringförmige Auflagefläche der Lochmatrize übergeht, daß das Funktionselement auf das auf der Lochmatrize abgestützte Blechteil gedrückt wird, um mittels des selbststanzend ausgebildeten Nietabschnitts einen Stanzbutzen aus dem Blechteil herauszustanzen und über die schräggestellte Ringfläche der Lochmatrize eine konusförmige Erhö- hung im Blechteil zu erzeugen, die das durch das Herausstanzen des Stanzbutzens erzeugte Stanzloch umgibt, daß das Blechteil mit dem Funktionselement, dessen Nietabschnitt sich im Stanzloch befindet, anschließend an eine Nietmatrize gedrückt wird, die koaxial zur Längsachse des Funktionselements an ihrer dem Blechteil zugewandten Stirnseite einen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung aufweist, der das Blechteil in vollständige Anlage an die Auflagefläche des Funktionselements bringt, so daß das Blechteil um das Stanzloch herum zwischen dem umgebördelten Nietabschnitt und der Auflagefläche des Funktionselements formschlüssig eingeklemmt wird.In order to achieve this object, according to a first variant of the invention, the method for attaching the functional element to a sheet metal part is designed in such a way that the sheet metal part is supported on a perforated die which has a bore whose diameter at least substantially corresponds to the outside diameter of the rivet section or is slightly larger than this, the bore opening into the face of the punch die facing the sheet metal part and passing over an annular surface inclined to the longitudinal axis of the die into an annular contact surface of the punch die set back relative to the mouth of the bore, that the functional element is pressed onto the sheet metal part supported on the punch die in order to punch out a punching slug from the sheet metal part by means of the self-piercing rivet section and to produce a conical increase in the sheet metal part via the inclined annular surface of the punch die, which increases the punching hole produced by punching out the punching die surrounds that the sheet metal part with the functional element, the rivet section of which is located in the punched hole, is then pressed onto a rivet die which, coaxially to the longitudinal axis of the functional element on its end face facing the sheet metal part, has a projection designed for flanging the rivet section, which has the sheet metal part in complete contact brings to the support surface of the functional element, so that the sheet metal part is clamped around the punched hole between the flanged rivet section and the support surface of the functional element in a form-fitting manner.
Mit anderen Worten wird das Funktionselement selbststanzend in das Blechteil eingebracht, wodurch durch eine besondere Formgebung der Lochmatrize und der anschließend verwendeten Nietmatrize eine intensive und ausreichende plastische Verformung des Blechteils erreicht wird, so daß eine hochwertige Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil entsteht. Dadurch, daß das Funktionselement selbststanzend in das Blechteil eingebracht wird, ist die genaue Ausrichtung des Blechteils mit den Werkzeugen wesentlich weniger kritisch, da der Nietabschnitt des Funktionselements in einem ebenen Bereich des Blechteils selbst das Loch stanzt. Es muß zwar eine ausreichende Ausrichtung des Funktionselements mit der Lochmatrize sichergestellt werden, dies ist aber in der Praxis unkritisch, da man bei der Blechverarbeitung gewohnt ist, mit Stanz- bzw. Setzköpfen und Matrizen zu arbeiten, die miteinander ausgerichtet sind.In other words, the functional element is introduced into the sheet metal part in a self-punching manner, as a result of which the perforated die and the rivet die subsequently used achieve an intensive and sufficient plastic deformation of the sheet metal part, so that a high-quality connection is created between the functional element and the sheet metal part. Because the functional element is introduced into the sheet metal part in a self-punching manner, the precise alignment of the sheet metal part with the tools is considerably less critical since the rivet section of the functional element itself punches the hole in a flat area of the sheet metal part. Sufficient alignment of the functional element with the punch die must be ensured, but this is not critical in practice, since one is used to processing sheet metal is to work with punching or setting heads and dies that are aligned with each other.
Dadurch, daß das Element selbststanzend in das Blechteil eingebracht wird, liegt das Blechteil bereits während des Stanzvorgangs eng am Nietabschnitt des Funktionselements an, was durch gewissen Auslegungsmerkmale der Lochmatrize noch verbessert werden kann, so daß es nicht möglich ist, das Stanzloch erst etwas größer als den Nietabschnitt herzustellen, um Fehlausrichtungen des Funktionselements mit dem Blechteil zu vermeiden.Due to the fact that the element is introduced into the sheet metal part in a self-punching manner, the sheet metal part already lies closely against the rivet section of the functional element during the punching process, which can be improved by certain design features of the punch die, so that it is not possible for the punch hole to be somewhat larger than at first manufacture the rivet section to avoid misalignment of the functional element with the sheet metal part.
Dadurch, daß bei dem Lochvorgang zur Erzeugung des Stanzloches der Nietabschnitt des Funktionselements in das Stanzloch eingeklemmt wird, wird dafür gesorgt, daß das Element kraftschlüssig mit dem Blechteil verbunden ist, so daß das Blechteil mit dem Funktionselement von einer Arbeitsstation oberhalb der Lochmatrize zu einer zweiten Arbeitsstation oberhalb der Nietmatrize transportiert werden kann, ohne befürchten zu müssen, daß das Funktionselement verloren geht. Andererseits führt dieser eingeklemmte Zustand des Funktionselements dazu, daß bei dem anschließenden Nietvorgang auch bei einer kleineren Verformung desCharacterized in that the rivet section of the functional element is clamped in the punch hole during the punching process for producing the punched hole, it is ensured that the element is non-positively connected to the sheet metal part, so that the sheet metal part with the functional element from one work station above the punch die to a second Work station can be transported above the rivet die without fear that the functional element is lost. On the other hand, this clamped state of the functional element leads to the fact that in the subsequent riveting process even with a smaller deformation of the
Blechteils dieses bereits im ausreichenden Maße plastische verformt wird, denn man muß nicht erst einen Freiraum zwischen dem Nietabschnitt und dem Stanzloch überbrücken, wie dies bei dem traditionellen Klemmlochnieten der Fall ist. Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren wesentlich unproblematischer, das Funktionselement in das Blechteil einzubringen, da es nicht erforderlich ist, das Funktionselement erst mit einem ihm zugewandten domförmigen Abschnitt des Blechteils auszurichten. Eine Möglichkeit ausreichendes Blechmaterial im Bereich um das Stanzloch herum vorzusehen, so daß beim Einpressen des Funktionselements erwünschte ausgeprägte plastische Verformung des Blechteils eintritt, liegt darin, die Mündung der Lochmatrize mit einer konusförmigen nach innen gerichteten Fase zu versehen, so daß diese Fase mit der schräggestellten Ringfläche, die in die gegenüber der Mündung der Bohrung zurückversetzte ringförmige Auflagefläche der Lochmatrize übergeht, eine Ringlippe erzeugt mit einem Durchmesser etwas größer als der Durch- messer des Nietabschnitts. Durch diese Ringlippe wird das Blechmaterial um das Stanzloch herum so geformt, daß es eine konusförmige Erhöhung auf der dem Funktionselement zugewandten Seite aufweist und diese konusförmige Erhöhung im Bereich des Nietabschnitts in eine kleine konusförmige Vertiefung übergeht. Hierdurch wird einerseits mehr Blechmaterial im Bereich des Nietabschnitts geschaffen, andererseits verhindert die konusförmige Vertiefung, daß das Blechmaterial während des Einpreßvorgangs sich vom Nietabschnitt entfernt, noch bevor die Nietmatrize zur Anwendung gelangt. Die Haltewirkung der entsprechenden konusförmigen Vertiefung ist so gut, daß man auch ohne Niederhalter arbeiten kann, was die verwendeten Werkzeuge vereinfacht.Sheet metal part this is already plastically deformed to a sufficient extent, because you do not have to first bridge a space between the rivet section and the punched hole, as is the case with traditional clamp hole riveting. Furthermore, with the method according to the invention it is much less problematic to introduce the functional element into the sheet metal part, since it is not necessary to align the functional element with a dome-shaped section of the sheet metal part facing it. One possibility of providing sufficient sheet metal material in the area around the punched hole so that the desired pronounced plastic deformation of the sheet metal part occurs when the functional element is pressed in is to provide the mouth of the die plate with a cone-shaped inward-facing bevel, so that this bevel is inclined Annular surface, which merges into the annular contact surface of the perforated die set back from the mouth of the bore, creates an annular lip with a diameter slightly larger than the diameter of the rivet section. By means of this ring lip, the sheet material is shaped around the punched hole in such a way that it has a conical increase on the side facing the functional element and this conical increase in the area of the rivet section merges into a small conical depression. On the one hand, this creates more sheet metal material in the region of the rivet section, and on the other hand the conical depression prevents the sheet material from moving away from the rivet section during the press-in process even before the rivet die is used. The holding effect of the corresponding conical recess is so good that you can work without a hold-down device, which simplifies the tools used.
Diese soeben beschriebene Variante funktioniert auch dann, wenn das Loch der Lochmatrize einen Durchmesser aufweist, der zumindest im wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder nur unwesentlich größer als dieser ist.This variant just described also works if the hole in the punch die has a diameter which at least substantially corresponds to the outside diameter of the rivet section or is only insignificantly larger than this.
Besonders günstig ist es aber, wenn das Loch der Lochmatrize deutlich größer gemacht wird als der Außendurchmesser des Nietabschnitts. Der Stanzvorgang führt dann, wie später näher erläutert wird, zu einer kleinen zylindrischen Fortsetzung der konusförmigen Vertiefung im Blechteil, so daß das Blechmaterial noch besser die Aufweitung des Stanzlochs bei der fortschreitenden Verpressung des Funktionselements mit dem Blechteil verhindert. Im übrigen führt diese Ausbildung dazu, daß die Ausrichtung der Lochmatrize mit dem Stanzkopf noch weniger kritisch ist und der zylindrische Vorsprung schafft weiteres Blechmaterial an den Nietabschnitt heran, was der plastischen Verformung des Blechmaterials und der hochwertigen Verbindung mit dem Funktionselement zugute kommt. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, mit einem Werkzeug zu arbeiten, das ohne Blechniederhalter funktioniert, ist es erfindungsgemäß auch möglich, ein Werkzeug zu verwenden, das von einem gefederten Niederhalter umgeben ist, der bereits vor Berührung des Stanzabschnitts des Funktionselements mit dem Blechteil das Blechteil an der genannten tieferlie- genden, ringförmigen Auflagefläche der Lochmatrize andrückt. Bereits vor der Durchführung des Lochvorgangs wird die genannte konusförmige Erhöhung im Blechteil dadurch erzeugt, daß das Blechteil zwischen der Mündung der Lochbohrung der Lochmatrize und der zurückversetzten Auflagefläche der Lochmatrize gespannt wird. Erst dann wird der Lochvor- gang anschließend durchgeführt. Durch den Niederhalter wird hier jegliche Tendenz des Blechmaterials, radial nach außen im Sinne einer Aufweitung des Stanzloches zu fließen, entgegengetreten und es kommt ebenfalls das erwünschte klemmende Anliegen des Blechmaterials am Nietabschnitt des Funktionselement zustande.However, it is particularly favorable if the hole in the punch die is made significantly larger than the outer diameter of the rivet section. The The punching process then, as will be explained in more detail later, leads to a small cylindrical continuation of the conical depression in the sheet metal part, so that the sheet metal material prevents the expansion of the punched hole even better as the functional element progressively presses with the sheet metal part. In addition, this design leads to the fact that the alignment of the die with the punching head is even less critical and the cylindrical projection creates additional sheet metal material to the rivet section, which benefits the plastic deformation of the sheet metal material and the high-quality connection to the functional element. Although it is fundamentally possible to work with a tool that works without a sheet hold-down device, it is also possible according to the invention to use a tool that is surrounded by a spring-loaded hold-down device that contacts the sheet metal part even before the punching section of the functional element touches the sheet metal part presses the above-mentioned, deep, annular contact surface of the punch die. Even before the perforation process is carried out, the aforementioned conical elevation is generated in the sheet metal part in that the sheet metal part is stretched between the mouth of the perforated hole in the perforated die and the recessed contact surface of the perforated die. Only then is the punching process carried out. The hold-down device counteracts any tendency of the sheet metal material to flow radially outwards in the sense of widening the punched hole, and the desired clamping contact of the sheet material with the rivet section of the functional element also occurs.
Egal, ob mit oder ohne Niederhalter gearbeitet wird, ist es besonders günstig, wenn die Auslegung des Verfahrens so getroffen wird, daß die Auflagefläche des Funktionselements um die Ringvertiefung herum eine weitere ringförmige Auflagefläche aufweist, die mindestens in einem Bereich sich radial zur Längsachse des Funktionselements erstreckt und anschließend über eine Rundung oder eine Fase in eine Mantelfläche des Kopfteils des Funktionselements übergeht. Nach dem Lochvorgang liegt das Blechteil in der Ringvertiefung am Kopfteils des Elements an. Die Höhe der konusförmigen Erhöhung im Blechteil wird jedoch so gewählt, daß diese in radialer Richtung vom Kopfteil des Funktionselements weg divergiert, so daß ein Ringzwickel zwischen dem Kopfteil des Funktionselements und dem Blechteil im Bereich der weiteren ringförmigen Auflage- fläche des Kopfteils vorliegt. Beim anschließenden Nietvorgang wird dieser Ringzwickel durch Niederdrücken der konusförmigen Erhöhung des Blechteils zumindest teilweise gefüllt, wodurch das Blechmaterial in radialer Richtung gegen den Nietabschnitt im Bereich des Übergangs in die Ringvertiefung gedrückt wird.Regardless of whether work is carried out with or without a hold-down device, it is particularly expedient if the design of the method is such that the contact surface of the functional element around the ring recess is one has further annular contact surface, which extends at least in one area radially to the longitudinal axis of the functional element and then merges into a lateral surface of the head part of the functional element via a curve or a chamfer. After the punching process, the sheet metal part lies in the ring recess on the head part of the element. However, the height of the conical increase in the sheet metal part is selected so that it diverges in the radial direction away from the head part of the functional element, so that there is a ring gusset between the head part of the functional element and the sheet metal part in the region of the further annular contact surface of the head part. During the subsequent riveting process, this ring gusset is at least partially filled by pressing down the conical increase in the sheet metal part, as a result of which the sheet metal material is pressed in the radial direction against the rivet section in the region of the transition into the ring recess.
Dadurch, daß der so gebildete Ringzwickel durch Niederdrücken der konusförmigen Erhöhung des Blechteils zumindest teilweise gefüllt wird, wird durch eine Quetschung des Blechmaterials erreicht, daß dieses im Bereich des Nietabschnitts plastisch verformt wird und daß ein hoher kompressiver Druck im Blechmaterial um den Nietabschnitt des Funktionselement herum verbleibt.The fact that the ring gusset formed in this way is at least partially filled by depressing the cone-shaped elevation of the sheet metal part means that the sheet material is squeezed, that this is plastically deformed in the area of the rivet section and that a high compressive pressure in the sheet material around the rivet section of the functional element remains.
Nach einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so vorgegangen, daß das Blechteil auf einer Lochmatrize abgestützt wird, die eine Bohrung aufweist, deren Durchmesser zumindest im wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder etwas größer als dieser ist, wobei die Bohrung in eine dem Blechteil zugewandten Vertiefung in der Stirnseite der Lochmatrize mündet, die in eine axial vor der Mündung der Bohrung liegende, ringförmige Auflagefläche der Lochmatri- ze übergeht, daß das Funktionselement auf das auf der Auflagefläche der Lochmatrize abgestützte Blechteil gedrückt wird, um mittels des selbststanzend ausgebildeten Nietabschnitts einen Stanzbutzen aus dem Blechteil herauszustanzen und über die Vertiefung der Lochmatrize eine konus- förmige Vertiefung im Blechteil zu erzeugen, die das durch das Herausstanzen des Stanzbutzens erzeugte Stanzloch umgibt, daß das Blechteil mit dem Funktionselement, dessen Nietabschnitt sich im Stanzloch befindet, anschließend an eine Nietmatrize gedrückt wird, die koaxial zur Längsachse des Funktionselements an ihrer dem Blechteil zugewandten Stirnseite einen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung aufweist, der das Blechteil in vollständige Anlage an die Auflagefläche des Funktionselements bringt, so daß das Blechteil um das Stanzloch herum zwischen dem umgebördelten Nietabschnitt und der Auflagefläche des Funktionselements formschlüssig eingeklemmt ist.According to a second variant of the method according to the invention, the sheet metal part is supported on a perforated die which has a bore, the diameter of which at least substantially corresponds to the outer diameter of the rivet section or is slightly larger than this, the bore in a facing the sheet metal part Indentation in the end face of the punch die opens into an annular contact surface of the punch die lying axially in front of the mouth of the hole. ze passes over that the functional element is pressed onto the sheet metal part supported on the support surface of the perforated die in order to punch out a punching slug from the sheet metal part by means of the self-piercing rivet section and to produce a conical depression in the sheet metal part via the depression of the perforated die, which through the Punching out the punching hole produced punch hole surrounds that the sheet metal part with the functional element, the rivet section of which is located in the punch hole, is then pressed against a rivet die which, coaxially to the longitudinal axis of the functional element on its end face facing the sheet metal part, has a projection designed for flanging the rivet section, which brings the sheet metal part into full contact with the support surface of the functional element, so that the sheet metal part is clamped in a form-fitting manner around the punched hole between the flanged rivet section and the support surface of the functional element.
Auch hier wird das Funktionselement selbststanzend in das Blechteil eingebracht, die Lochmatrize wird aber so ausgelegt, daß eine konusförmige Vertiefung im Blechteil erzeugt wird, die im anschließenden Nietvorgang zu einer konusförmigen Erhebung im Bereich der Ringvertiefung des Funktionselements umgeformt wird. Die konusförmige Vertiefung kann so gestaltet werden, daß unter Berücksichtung etwaiger Verdrehsicherungs- merkmale im Bereich der Ringvertiefung oder des Nietabschnitts des Funktionselements ein Materialüberschuß in der konusförmigen Vertiefung des Blechteils gegenüber der konusförmigen Erhebung vorgesehen wird, wodurch das Blechmaterial bei der Umformung plastisch verformt wird und einen permanenten radialen Druck auf den Nietabschnitt des Funktionselements ausübt. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der verwendeten Werkzeuge sind den weiteren Ansprüchen 12 bis 13 zu entnehmen.Here, too, the functional element is inserted into the sheet metal part in a self-punching manner, but the perforated die is designed such that a conical depression is produced in the sheet metal part, which is subsequently formed into a conical elevation in the area of the ring recess of the functional element in the subsequent riveting process. The conical recess can be designed such that, taking into account any anti-rotation features in the area of the ring recess or the rivet section of the functional element, an excess of material is provided in the conical recess of the sheet metal part relative to the cone-shaped elevation, whereby the sheet metal material is plastically deformed during forming and one exerts permanent radial pressure on the rivet section of the functional element. Particularly preferred embodiments of the tools used can be found in the further claims 12 to 13.
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1A - 1F eine Folge von Zeichnungen, die eine erste erfindungsgemäße Variante des Verfahrens zum Anbringen eines Funktionselements an ein Blechteil darstellen,1A-1F a sequence of drawings, which represent a first variant of the method according to the invention for attaching a functional element to a sheet metal part,
Fig. 2A und 2B Zeichnungen zur Erläuterung der Arbeitsweise einer ersten Ausführungsform einer Lochmatrize,2A and 2B drawings to explain the operation of a first embodiment of a punch die,
Fig. 3A und 3B zwei Zeichnungen ähnlich der Fig. 2A und 2B zur Erläu- terung der Arbeitsweise einer weiteren Form einer3A and 3B show two drawings similar to FIGS. 2A and 2B to explain the mode of operation of a further form of a
Lochmatrize,punching die,
Fig. 4A und 4B weitere Zeichnungen ähnlich den Zeichnungen 3A und4A and 4B further drawings similar to the drawings 3A and
3B zur Erläuterung der Arbeitsweise einer weiteren Form einer erfindungsgemäßen Lochmatrize,3B to explain the mode of operation of a further form of perforated die according to the invention,
Fig. 5A - 5F eine weitere Folge von Zeichnungen zur Erläuterung einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anbringen eines Funktionselements an ein Blech- teil, und5A-5F a further sequence of drawings to explain a variant of a method according to the invention for attaching a functional element to a sheet metal part, and
Fig. 6A - 6F eine noch weitere Folge von Zeichnungen, um eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Anbringung eines Funktionselements an ein Blechteil zu erläutern.6A-6F show a still further sequence of drawings for a further variant of the method according to the invention explain the attachment of a functional element to a sheet metal part.
Die Fig. 1A zeigt im axialen Schnitt ein sogenanntes RND Element 10 der Firma Profil Verbindungstechnik GmbH und Co. KG, wobei das Element 10 in einer axialen Ebene geschnitten ist, die die mittlere Längsebene 12 des Elements umfaßt. Das gezeigte Element 10 ist im Prinzip aus der europäischen Patentschrift 0 713 982 bekannt und wird hier durch eine Abwandlung des sogenannten Klemmlochnietverfahrens an ein Blechteil 14 befestigt. Das Funktionselement 10, das hier als Mutterelement realisiert ist, weist einen eine ringförmige Auflagefläche 16 aufweisenden Kopfteil 18 und einen rohrförmigen auf der Seite der Auflagefläche 16 des Kopfteils 18 angeordneten Stanz- und Nietabschnitt 20 auf. Im Bereich des Überganges vom Kopfteil 18 in den Nietabschnitt 20 umfaßt die Aufla- gefläche 16 eine Ringvertiefung 22 mit einer zur Längsachse 12 des Funktionselementes 10 schräggestellten Ringfläche 24, wobei die Ringvertiefung 22 ihre größte Tiefe benachbart zum Nietabschnitt 20 aufweist und die schräggestellte Ringfläche 24 in einen weiteren ringförmigen Auflage- flächenbereich 27 ausläuft, der in einer radialen Ebene liegt und selbst in eine Rundung 21 oder Fase des Kopfteils übergeht. In diesem Beispiel sind Verdrehsicherungsmerkmale in Form von Verdrehsicherungsnasen 26 im Bereich der Ringvertiefung 22 vorgesehen, wobei sich die Verdrehsicherungsnasen 26 in radialer Richtung erstrecken und die Ringvertiefung überbrücken. In diesem Beispiel sind insgesamt sechs solche Verdrehsi- cherungsnasen vorgesehen, die die Ringvertiefung dementsprechend in sechs aufeinander um die Längsachse 12 folgende Felder unterteilt. Es können weniger als sechs oder mehr als sechs solche Verdrehsicherungsnasen vorgesehen werden und die Nasen können außerdem, falls er- wünscht, auch erhaben im Bereich des Übergangs der Ringvertiefung in den Nietabschnitt vorgesehen werden. Dies ist aber nicht notwendig und kann auch zu Komplikationen bei der Anbringung des Elementes führen, weshalb solche Verdrehsicherungsnasen in dieser Darstellung weggelas- sen sind.FIG. 1A shows in axial section a so-called RND element 10 from Profil Verbindungstechnik GmbH and Co. KG, the element 10 being cut in an axial plane that encompasses the central longitudinal plane 12 of the element. The element 10 shown is known in principle from European patent specification 0 713 982 and is fastened here to a sheet metal part 14 by a modification of the so-called clamp riveting method. The functional element 10, which is realized here as a nut element, has a head part 18 having an annular bearing surface 16 and a tubular stamping and riveting section 20 arranged on the side of the bearing surface 16 of the head part 18. In the area of the transition from the head part 18 into the rivet section 20, the contact surface 16 comprises an annular recess 22 with an annular surface 24 inclined to the longitudinal axis 12 of the functional element 10, the annular recess 22 having its greatest depth adjacent to the rivet portion 20 and the inclined annular surface 24 in a further annular support surface area 27 runs out, which lies in a radial plane and itself merges into a curve 21 or chamfer of the head part. In this example, anti-rotation features are provided in the form of anti-rotation noses 26 in the area of the ring recess 22, the anti-rotation noses 26 extending in the radial direction and bridging the ring recess. In this example, a total of six such anti-rotation noses are provided, which accordingly divide the ring recess into six fields that follow one another about the longitudinal axis 12. Fewer than six or more than six such anti-rotation lugs can be provided and the lugs can also, if necessary wishes to be raised in the area of the transition of the ring recess into the rivet section. However, this is not necessary and can also lead to complications when attaching the element, which is why such anti-rotation noses are omitted in this illustration.
Um die Ringvertiefung 22 herum befindet sich daher der ringförmige Bereich der ringförmigen Auflagefläche 16, der in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse 12 steht und vorzugsweise nicht durch Verdrehsiche- rungsmerkmale unterbrochen ist.Around the ring recess 22 there is therefore the ring-shaped area of the ring-shaped bearing surface 16, which is in a plane perpendicular to a longitudinal axis 12 and is preferably not interrupted by anti-rotation features.
Das Funktionselement 10 weist in diesem Beispiel eine mittlere Bohrung 28 auf, die mit einem Gewindezylinder 30 versehen ist. Der Kopfteil 18 weist außerdem eine ringförmige Ausnehmung 32 auf, die einen zylinder- förmiger Bereich 34 des Kopfteils definiert, der von einer ringförmigen Druckfläche 36 umgeben ist. Das Funktionselement 10 muß nicht als Mutterelement ausgebildet werden. Statt dessen könnte der zylindrische Bereich 34 über die Ringfläche 38 in einen Schaftteil übergehen, der sich in der Darstellung gemäß Fig. 1A nach oben erstrecken würde, so daß ein Bolzenelement vorliegt. Auch könnte das Funktionselement 10 andere Funktionen erfüllen. Beispielsweise könnte die Bohrung 28 als zylindrische Lagerfläche zur drehbaren Lagerung einer Welle ausgeführt werden oder als Clipaufnahme realisiert werden, um eine Clipbefestigung aufzunehmen. Wenn das Element mit einem Schaftteil versehen ist, so kann der Schaftteil nicht nur mit einem Gewindezylinder versehen werden, wodurch ein Bolzenelement vorliegt, sondern der Schaftteil könnte eine zylindrische Lagerfläche aufweisen, z.B. zur drehbaren Lagerung eines Hebels oder er könnte bspw. mit einer Ringnut versehen werden, um einen Clip aufzu- nehmen. Wesentlich ist, daß die Ringfläche 36 als Druckfläche ausgebildet ist, so daß ein Druck in Längsrichtung der Achse 12 mittels eines geeigneten Werkzeuges, hier mit 40 dargestellt, auf die Druckfläche 36 ausgeübt werden kann, um das Element in das Blechteil 14 hineinzubringen, ohne daß die auf das Funktionselement 10 ausgeübten Kräfte zu einer unzulässigen Verformung des Funktionselements bzw. Gewindezylinders führt. Man sieht außerdem aus der Fig. 1 A, daß der rohrförmige Nietabschnitt 20 einen Innendurchmesser aufweist, der deutlich größer ist als der der Bohrung 28 bzw. als der des Außendurchmessers des Gewindezylinders 30 und daß das freie Stirnende des rohrförmigen Nietabschnittes 20, d.h. das untere Ende in Fig. 1A, mit Stanz- und Nietmerkmalen ausgestattet ist, die später näher erläutert werden.In this example, the functional element 10 has a central bore 28, which is provided with a threaded cylinder 30. The head part 18 also has an annular recess 32 which defines a cylindrical region 34 of the head part which is surrounded by an annular pressure surface 36. The functional element 10 does not have to be designed as a mother element. Instead, the cylindrical region 34 could merge over the annular surface 38 into a shaft part which would extend upwards in the illustration according to FIG. 1A, so that a bolt element is present. The functional element 10 could also perform other functions. For example, the bore 28 could be embodied as a cylindrical bearing surface for the rotatable mounting of a shaft or as a clip receptacle to accommodate a clip attachment. If the element is provided with a shaft part, the shaft part can not only be provided with a threaded cylinder, as a result of which a bolt element is present, but the shaft part could have a cylindrical bearing surface, for example for the rotatable mounting of a lever, or it could, for example, be provided with an annular groove to record a clip to take. It is essential that the annular surface 36 is designed as a pressure surface, so that a pressure in the longitudinal direction of the axis 12 can be exerted on the pressure surface 36 by means of a suitable tool, shown here with 40, in order to bring the element into the sheet metal part 14 without the forces exerted on the functional element 10 lead to an inadmissible deformation of the functional element or threaded cylinder. It can also be seen from FIG. 1A that the tubular rivet section 20 has an inner diameter which is significantly larger than that of the bore 28 or that of the outer diameter of the threaded cylinder 30 and that the free end face of the tubular rivet section 20, ie the lower one 1A, is equipped with punching and riveting features which will be explained in more detail later.
Unterhalb des Blechteils 14 befindet sich in Fig. 1A eine Lochmatrize 42, wobei das Werkzeug 40 und die Lochmatrize 42 normalerweise einander gegenüber liegen und miteinander ausgerichtet in einer Station eines Folgeverbundwerkzeuges vorgesehen sind. Das heißt, daß die Längsachse des Elementes 12 zugleich die Längsachse des Werkzeuges 40 und die Längsachse der Lochmatrize 42 darstellt und in an sich bekannter Weise wird die Lochmatrize 42 in einer unteren Platte des Folgeverbundwerkzeuges untergebracht und das obere Werkzeug 40 wird entsprechend dem Doppelpfeil 44 bewegt, um bei jeder nach oben gerichteten Bewegung ein weiteres Funktionselement 10 in die dargestellte Position aufzunehmen und bei jeder nach unten gerichteten Bewegung für die Einbringung des Funktionselementes in das Blechteil 14 in der nachfolgend zu erläuternden Weise zu sorgen. Im übrigen könnte das Werkzeug 40 und die Lochmatrize 42 in einer Transferpresse angeordnet werden. Die Lochmatrize 42 wäre dann im unteren Werkzeug der Presse anzuordnen und das Werk- zeug 40 wird in einem Setzkopf untergebracht, der an einer Zwischenplatte der Presse oder am oberen Werkzeug der Presse montiert ist. Statt dessen könnte die Lochmatrize 42 auf der Zwischenplatte der Presse montiert werden und das Werkzeug 40 am oberen Werkzeug der Presse befestigt werden. Auch sind umgekehrte Anordnungen durchaus denkbar, bei denen das untere Werkzeug 40 unterhalb der Lochmatrize 42 angeordnet ist, beispielsweise im unteren Werkzeug der Presse oder an der Zwischenplatte der Presse, während die Lochmatrize dann an der Zwischenplatte der Presse bzw. am oberen Werkzeug der Presse anzuordnen wäre.A perforated die 42 is located below the sheet metal part 14 in FIG. 1A, the tool 40 and the perforated die 42 normally lying opposite one another and being provided in an aligned manner in a station of a progressive composite tool. This means that the longitudinal axis of the element 12 also represents the longitudinal axis of the tool 40 and the longitudinal axis of the punch die 42 and, in a manner known per se, the punch die 42 is accommodated in a lower plate of the progressive tool and the upper tool 40 is moved in accordance with the double arrow 44 in order to accommodate a further functional element 10 in the position shown with each upward movement and to ensure the introduction of the functional element into the sheet metal part 14 in the manner to be explained below with each downward movement. Otherwise, the tool 40 and the punch die 42 could be arranged in a transfer press. The punch die 42 would then have to be arranged in the lower tool of the press and the tool Tool 40 is housed in a setting head, which is mounted on an intermediate plate of the press or on the upper tool of the press. Instead, the die 42 could be mounted on the intermediate plate of the press and the tool 40 attached to the upper tool of the press. Reverse arrangements are also conceivable, in which the lower tool 40 is arranged below the die 42, for example in the lower tool of the press or on the intermediate plate of the press, while the die is then arranged on the intermediate plate of the press or on the upper tool of the press would.
Man merkt aus der Fig. 1A, daß das Funktionselement 10 in einer Ringvertiefung 46 des Werkzeugs untergebracht ist, die im Bodenbereich eine ringförmige Schulter 48 aufweist, die gegen die Druckfläche 36 des Funk- tionselementes drückt. Der zylinderförmige Bereich des Kopfteils 18 ist in einer weiteren zylindrischen Vertiefung 50 des Werkzeuges 40 untergebracht und geht über die Ringschulter 48 in die zylindrische Vertiefung 46 über. Der rohrförmige Nietabschnitt 20 des Funktionselementes steht mit seinem unteren Ende über die untere ringförmige Stirnseite 52 des Werk- zeuges vor.It can be seen from FIG. 1A that the functional element 10 is accommodated in an annular recess 46 of the tool, which has an annular shoulder 48 in the bottom area, which presses against the pressure surface 36 of the functional element. The cylindrical region of the head part 18 is accommodated in a further cylindrical recess 50 of the tool 40 and merges into the cylindrical recess 46 via the annular shoulder 48. The lower end of the tubular rivet section 20 of the functional element projects beyond the lower annular end face 52 of the tool.
Die Lochmatrize 42 weist eine mittlere Bohrung 54 auf, die in der Richtung nach unten in Fig. 1A in eine größere Bohrung 56 übergeht. Die Bohrung 54 der Lochmatrize mündet an der oberen Stirnseite der Matrize in eine konusförmige Vertiefung 58, die mit einer schräggestellten Ringfläche 60 eine ringförmige, um die Achse 12 umlaufende Ringlippe 62 bildet, wobei die schräggestellte Ringfläche 60 in eine gegenüber der Mündung 59 der Bohrung zurückversetzte ringförmige Auflagefläche 64 der Lochmatrize übergeht. Die Fig. 1A zeigt den Zustand, in dem sich das Werkzeug 40 nach unten in Richtung auf die Lochmatrize zubewegt und das freie Stirnende des rohrförmigen Nietabschnittes 20 gerade auf die Oberseite des Blechteils 14 trifft, während dieses direkt auf die Ringlippe 62 der Lochmatrize abgestützt ist. Man merkt, daß hier kein Niederhalter zur Anwendung gelangt.The perforated die 42 has a central bore 54 which merges into a larger bore 56 in the downward direction in FIG. 1A. The bore 54 of the perforated die opens into a conical depression 58 on the upper end face of the die, which forms an annular annular lip 62 with an inclined annular surface 60, surrounding the axis 12, the inclined annular surface 60 being set back into one opposite the mouth 59 of the bore annular contact surface 64 of the punch matrix passes over. Fig. 1A shows the state in which the tool 40 moves down towards the punch die and the free end of the tubular rivet section 20 just hits the top of the sheet metal part 14, while this is supported directly on the annular lip 62 of the punch die , You notice that no hold-down is used here.
Wie aus Fig. 1 B ersichtlich, wird durch die weitere nach unten gerichtete Bewegung des Werkzeuges 40 das Funktionselement so gegen das Blech- teil gedrückt, daß ein Stanzbutzen 66 aus dem Blechteil 14 herausgestanzt wird und das Blechmaterial zur Anlage an die konusförmige Ringvertiefung 58 an der Mündung der Bohrung 54 gebracht wird. Außerdem gelangt das Blechmaterial in Anlage mit der unteren Stirnseite 52 des Werkzeuges 40 und es wird eine leicht konusförmige Erhöhung zwischen der Ringlippe 62 und der ringförmigen Stirnseite 52 des Werkzeuges gebildet.As can be seen from FIG. 1B, the further downward movement of the tool 40 pushes the functional element against the sheet metal part in such a way that a punching slug 66 is punched out of the sheet metal part 14 and the sheet metal material lies against the conical ring recess 58 the mouth of the bore 54 is brought. In addition, the sheet metal material comes into contact with the lower end face 52 of the tool 40 and a slightly conical increase is formed between the annular lip 62 and the annular end face 52 of the tool.
Man merkt auch aus der Fig. 1B, daß der Durchmesser der Bohrung 54 in diesem Beispiel etwas größer gewählt wurde als der Außendurchmesser des rohrförmigen Nietabschnittes 20 und daß dies dazu geführt hat, daß sich eine zylindrische Ringlippe 68 um das Stanzloch 70 im Blechteil herum gebildet hat. Diese Ringlippe 68, zusammen mit dem Bereich des Bleichteils 14, der an der konusförmigen Fläche 58 anliegt, verhindert, daß bei einer weiteren nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeuges 40 das Stanzloch 70 aufgeweitet wird. Statt dessen bleibt das Blechmaterial um das Stanzloch 70 herum eng in Berührung mit der rohrförmigen Oberfläche des Nietabschnittes 20. Die Fig. IC zeigt den Zustand nach einer weiteren kurzen, nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeuges 40, woraus ersichtlich ist, daß das Blechmaterial noch eng in Berührung mit dem Nietabschnitt 20 ist.It can also be seen from FIG. 1B that the diameter of the bore 54 in this example was chosen to be somewhat larger than the outer diameter of the tubular rivet section 20 and that this has resulted in a cylindrical annular lip 68 being formed around the punched hole 70 in the sheet metal part Has. This ring lip 68, together with the area of the bleaching part 14 which bears against the conical surface 58, prevents the punched hole 70 from being widened when the tool 40 is moved further downward. Instead, the sheet material around the punch hole 70 remains in close contact with the tubular surface of the rivet section 20. FIG. IC shows the state after a further brief, downward movement of the tool 40, from which it can be seen that the sheet metal material is still in close contact with the rivet section 20.
Die nach unten gerichtete Bewegung des Werkzeuges 40 schreitet dann fort, bis der Zustand gemäß Fig. 1D erreicht ist. Hier ist das Blechmaterial nunmehr zwischen der ringförmigen Anlagefläche 52 des Werkzeuges 40 und der ringförmigen Anlagefläche 64 der Lochmatrize 42 eingeklemmt. Man sieht, daß das Blechmaterial immer noch eng an der Außenseite des rohrförmigen Nietabschnitts 20 anliegt, so daß das Funktionselement im Stanzloch 70 des Blechteils 14 eingeklemmt ist. Man sieht auch aus der Fig. 1D, daß das Blechmaterial außerdem eng an der schräggestellten Ringfläche 24 der Ringvertiefung 22 anliegt und die Ringvertiefung beinahe vollständig ausgefüllt hat, wobei die Verdrehsicherungsnasen 26 be- reits teilweise in das Blechmaterial eingedrungen sind, was ebenfalls die klemmende Aufnahme des Funktionselementes im Blechmaterial begünstigt. Im übrigen folgt das Blechmaterial des Blechteils 14 dem Verlauf der schräggestellten Ringfläche 60 der Lochmatrize 42, wobei dies allerdings nicht wesentlich ist, da das Blechmaterial zwischen der Ringlippe 62 und der Anlagefläche 64 durch die Andrückkräfte des Werkzeuges an der unteren Stirnfläche 52 des Werkzeuges gespannt ist, so daß auch bei einem schrägeren Verlauf der Ringfläche 60 das Blechmaterial ohnehin den in Fig. 1D gezeigten Verlauf in diesem Bereich annehmen würde.The downward movement of the tool 40 then continues until the state shown in FIG. 1D is reached. Here, the sheet metal material is now clamped between the annular contact surface 52 of the tool 40 and the annular contact surface 64 of the punch die 42. It can be seen that the sheet metal material still lies closely against the outside of the tubular rivet section 20, so that the functional element is clamped in the punched hole 70 of the sheet metal part 14. It can also be seen from FIG. 1D that the sheet metal material also lies closely against the inclined ring surface 24 of the ring recess 22 and has almost completely filled the ring recess, the anti-rotation lugs 26 having already partially penetrated the sheet metal material, which is also the clamping receptacle of the functional element in the sheet material favored. Otherwise, the sheet metal material of the sheet metal part 14 follows the course of the inclined annular surface 60 of the perforated die 42, although this is not essential since the sheet metal material between the annular lip 62 and the contact surface 64 is stretched by the pressing forces of the tool on the lower end face 52 of the tool , so that even with an oblique course of the annular surface 60, the sheet material would assume the course shown in FIG. 1D in this area anyway.
Der Lochvorgang ist nunmehr beendet und das obere Werkzeug 40 wird angehoben (Pfeil 44) und das Blechteil 14 mit dem Funktionselement 10 wird von der feststehenden Lochmatrize weggedrückt (durch nicht gezeigte, aber an sich gut bekannte gefederte Stifte). Der Stanzbutzen 66 fällt in die Bohrung 56 hinein und wird über diese Bohrung in an sich bekannter Weise entsorgt. Das Blechteil 14 mit dem im Stanzloch 70 klemmend aufgenommenen Funktionselement 10 wird nunmehr von der Lochmatrize weggehoben und in die nächste Station des Folgeverbund Werkzeuges transportiert. Wenn ein solches Folgeverbundwerkzeug zur Anwendung gelangt, wird das Blechteil 14 in an sich bekannter Weise als Blechstreifen durch das Werkzeug geführt, dieser Blechstreifen besteht aus mehreren zusammenhängenden Blechteilen 14, die durch die Randbereiche des Blechstreifens gehalten und geführt werden. Handelt es sich um eine Transferpresse, so wird das Blechteil 14 in die nächste Presse oder weiter in die erste Presse transportiert.The punching process is now complete and the upper tool 40 is raised (arrow 44) and the sheet metal part 14 with the functional element 10 is pressed away from the fixed punch die (by spring pins, not shown but known per se). The punching slug 66 falls into the bore 56 into it and is disposed of via this bore in a manner known per se. The sheet metal part 14 with the functional element 10 clamped in the punching hole 70 is now lifted away from the punch die and transported to the next station of the progressive tool. If such a progressive tool is used, the sheet metal part 14 is guided through the tool as a sheet metal strip in a manner known per se; this sheet metal strip consists of a plurality of connected sheet metal parts 14 which are held and guided by the edge regions of the sheet metal strip. If it is a transfer press, the sheet metal part 14 is transported into the next press or further into the first press.
In dieser weiteren Station bzw. weiteren Presse wird nunmehr das Bauteil bestehend aus dem Funktionselement 10 und dem Blechteil 14 weiterver- arbeitet, und zwar durch einen Nietvorgang, der in Fig. 1 E und IF dargestellt ist.In this further station or further press, the component consisting of the functional element 10 and the sheet metal part 14 is now further processed, specifically by a riveting process, which is shown in FIGS. 1E and IF.
Das Werkzeug 80, das zu diesem Zweck verwendet wird, entspricht von seiner Grundauslegung dem Werkzeug 40, wobei jedoch die Ringvertie- fung 82 an der unteren Stirnseite des Werkzeuges in axialer Richtung nur so tief ist, daß die untere Stirnseite 84 des Werkzeuges 80 in einer radialen Ebene mit dem ringförmigen Bereich 27 der Auflagefläche des Kopfteils flüchtet. Die Matrize 86, die unterhalb des Blechteils 14 angeordnet ist, weist in diesem Beispiel einen konzentrisch zur Längsachse 12 des Funk- tionselementes 10 angeordneten zylindrischen Vorsprung 88 mit einer leicht konkaven schräggestellten Ringfläche 90 auf, die in eine ringförmige Fläche 92 übergeht, die in einer radialen Ebene liegt und nur geringfügig oberhalb des ringförmigen Bereiches 94 der Nietmatrize 86 steht, der das Blechteil 14 beim Nietvorgang abstützt. Das obere Werkzeug 80 wird entsprechend dem Doppelpfeil 96 zunächst nach unten bewegt, um den Nietvorgang durchzuführen, der in Fig. IF im abgeschlossenen Zustand gezeigt ist. Man merkt, daß das Blechmaterial im Bereich der Ringvertie- fung 22 vollständig in diese Ringvertiefung eingepreßt worden ist und daß der ringförmige Nietabschnitt 20 radial nach außen umgebördelt bzw. umgelegt ist, so daß das Blechmaterial im Bereich der Ringvertiefung formschlüssig zwischen dem Funktionselement 10 und dem umgebördelten Nietabschnitt 20 eingeklemmt ist. Man merkt außerdem, daß die Ringfläche 92 den Nietabschnitt so flachgepreßt hat, daß dieser geringfügig gegenüber der Unterseite des Blechteils 14 zurückver setzt ist. Das Blechteil 14 ist wiederum zwischen der ringförmigen Anlagefläche 84 des oberen Werkzeuges 80 und der ringförmigen Anlagefläche 94 der Nietmatrize 86 geklemmt, so daß das Blechmaterial eben und frei von Verwerfun- gen ist.The basic design of the tool 80 used for this purpose corresponds to the tool 40, but the ring recess 82 on the lower end face of the tool is only so deep in the axial direction that the lower end face 84 of the tool 80 is in one radial plane escapes with the annular region 27 of the bearing surface of the head part. In this example, the die 86, which is arranged below the sheet metal part 14, has a cylindrical projection 88 which is arranged concentrically to the longitudinal axis 12 of the functional element 10 and has a slightly concave inclined annular surface 90 which merges into an annular surface 92 which is in a radial plane and is only slightly above the annular region 94 of the rivet die 86, which the Sheet metal part 14 is supported during the riveting process. The upper tool 80 is first moved downward in accordance with the double arrow 96 in order to carry out the riveting process, which is shown in the closed state in FIG. IF. One notices that the sheet metal material in the area of the ring recess 22 has been pressed completely into this ring recess and that the ring-shaped rivet section 20 is flanged or folded radially outward, so that the sheet metal material in the area of the ring recess is form-fitting between the functional element 10 and the flanged rivet section 20 is clamped. One also notices that the annular surface 92 has pressed the rivet section so flat that it is set back slightly against the underside of the sheet metal part 14. The sheet metal part 14 is in turn clamped between the annular contact surface 84 of the upper tool 80 and the annular contact surface 94 of the rivet die 86, so that the sheet metal material is flat and free of warpage.
Man merkt auch, daß der Ringzwickel 74 zwischen der Rundung 21 des Mutterelements und dem ehemaligen konusförmigen Bereich des Blechteils in Fig. 1D nunmehr wesentlich kleiner geworden ist. Im übrigen ist das Blechmaterial vollständig um die Verdrehsicherungsmerkmale herum verformt. Das Ergebnis ist eine hohe Kompression des Blechmaterials im Bereich dessen formschlüssiger Aufnahme zwischen dem Kopfteil 18 und dem umgebördelten Nietabschnitt 20 des Funktionselementes 10, so daß radiale Druckkräfte permanent vom Blechmaterial auf den Nietabschnitt 20 ausgeübt werden und eine hochwertige Verbindung zustande gekommen ist. Die genaue Form des umgebördelten Nietabschnittes ist durch die Formgebung des Vorsprungs der Nietmatrize 42 vorgegeben. Das fertige Zusammenbauteil bestehend aus dem Funktionselement 10 und dem Blechteil 14 kann nun aus den Werkzeugen entfernt werden, durch Anheben des oberen Werkzeugs 80 und des Zusammenbauteils, das ggf. vom führenden Blechstreifen in dieser Station des Folgeverbundwerkzeugs oder in einer späteren Station vom Blechstreifen getrennt wird.One also notices that the ring gusset 74 between the rounding 21 of the nut element and the former conical area of the sheet metal part in FIG. 1D has now become significantly smaller. In addition, the sheet metal material is completely deformed around the anti-rotation features. The result is a high compression of the sheet metal material in the area of its positive reception between the head part 18 and the flanged rivet section 20 of the functional element 10, so that radial compressive forces are permanently exerted by the sheet material on the rivet section 20 and a high-quality connection has been established. The exact shape of the flanged rivet section is predetermined by the shape of the projection of the rivet die 42. The finished assembly part consisting of the functional element 10 and the sheet metal part 14 can now be removed from the tools by lifting the upper tool 80 and the assembly part, which may be separated from the leading sheet metal strip in this station of the progressive tool or in a later station from the sheet metal strip.
Es werden nunmehr einige Ausführungen zu der möglichen Auslegung der Lochmatrize 42 und dem damit zusammenwirkenden Stirnende des Nietabschnittes 20 gemacht. Eine erste Ausführungsform ist in Fig. 2A gezeigt. Die hier verwendeten Bezugszeichen sind die gleichen, die in Fig. 1A bis IF verwendet werden, die Unterschiede werden jedoch jeweils erläutert. Die Lochmatrize 42 wird hier nur im Bereich der Mündung der Bohrung 54 auf der linken Seite der Matrize gezeigt, wobei hier eine konusförmige Ringfläche 58 nicht vorgesehen ist, sondern die Mündung der Bohrung 54 liegt direkt an der Stirnseite 61 der Matrize, die beispielsweise dann über die Schrägfläche 60 in die hier nicht gezeigte tiefergelegteThere are now some comments on the possible design of the die 42 and the cooperating end face of the rivet section 20. A first embodiment is shown in Fig. 2A. The reference numerals used here are the same as those used in FIGS. 1A to IF, but the differences are explained in each case. The perforated die 42 is shown here only in the region of the mouth of the bore 54 on the left side of the die, a conical annular surface 58 not being provided here, but the mouth of the bore 54 being located directly on the end face 61 of the die, which is then, for example, above the inclined surface 60 in the lower not shown here
Anlagefläche 64 übergeht. Der Nietabschnitt 20 geht hier mit einer zylindrischen Fläche 21 in eine in einer radialen Ebene liegenden Stirnfläche 23 über. Zwischen der Stirnseite des Nietabschnittes 20 und der Stirnseite 61 der Lochmatrize 42 angeordnet befindet sich das Blechteil 14. Die Fig. 2B zeigt den Zustand unmittelbar nach der Bildung des Stanzbutzens 66, welcher durch die nach unten gerichtete Bewegung des Nietabschnittes 20 des Funktionselement 10 in Pfeilrichtung 44 gebildet ist. Man merkt aus der Fig. 2B, daß die Bohrung 54 der Lochmatrize einen etwas größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der zylindrischen Fläche 21 des Nietabschnittes aufweist. Außerdem sieht man deutlich aus Fig. 2B, daß das Blechmaterial 14 durch die Schneidkante 25 zwischen der zylindrischen Fläche 21 und der Stirnseite 23 des Nietabschnittes 20 geschnitten wurde und daß das Blechmaterial eng an der zylindrischen Fläche 21 anliegt. Obwohl die Schnittfläche 15 des Blechteils im oberen Bereich sauber ist, bricht das Material im unteren Drittel des Blechteils 14, so daß die leicht irreguläre Bruchfläche 17 entsteht. Der Stanzbutzen 66 zeigt sich als Spiegelbild dieses Vorganges mit einer sauberen Schnittfläche 67 im oberen Bereich und mit einer leicht irregulären Bruchfläche 69 im unteren Drittel. Die Ausbildung des Stanzloches 70 und der Außenseite des Stanzbutzens 66 ist bei einer solchen Anordnung an jeder Stelle um die Längsachse 12 herum (hier nicht gezeigt) im Prinzip gleich. Man merkt außerdem aus Fig. 2B, daß wenn die Bohrung 54 von einer Bohrung 56 mit einer großen Bohrung mit großem Durchmesser gefolgt ist, der Stanzbutzen problemlos durch diese weitere Bohrung 56 entsorgt werden kann, da die Bohrung größer ist als der Außendurchmesser des Stanzbutzens im Bereich der Fläche 69. Diese Auslegung des Nietabschnittes und der Lochmatrize kann durchaus bei einem Verfahren nach den Fig. 1A bis IF verwendet werden .Contact surface 64 merges. The rivet section 20 merges with a cylindrical surface 21 into an end surface 23 lying in a radial plane. The sheet metal part 14 is arranged between the end face of the rivet section 20 and the end face 61 of the perforated die 42. FIG. 2B shows the state immediately after the punching slug 66 is formed, which is caused by the downward movement of the rivet section 20 of the functional element 10 in the direction of the arrow 44 is formed. It can be seen from FIG. 2B that the bore 54 of the punch die has a slightly larger inside diameter than the outside diameter of the cylindrical surface 21 of the rivet section. 2B that the sheet material 14 was cut by the cutting edge 25 between the cylindrical surface 21 and the end face 23 of the rivet section 20 and that the sheet material was close to the cylindrical surface 21 is applied. Although the cut surface 15 of the sheet metal part is clean in the upper region, the material breaks in the lower third of the sheet metal part 14, so that the slightly irregular fracture surface 17 is created. The punching slug 66 appears as a mirror image of this process with a clean cut surface 67 in the upper region and with a slightly irregular fracture surface 69 in the lower third. The design of the punched hole 70 and the outside of the punched slug 66 is in principle the same in such an arrangement at any point around the longitudinal axis 12 (not shown here). It can also be seen from FIG. 2B that if the bore 54 is followed by a bore 56 with a large bore with a large diameter, the punching slug can be disposed of through this further bore 56 without any problems, since the bore is larger than the outside diameter of the punching slug in Area of surface 69. This design of the rivet section and the punch die can be used in a method according to FIGS. 1A to IF.
Noch besser ist allerdings die Auslegung gemäß Fig. 3A und 3B. Hier weist der Nietabschnitt die gleiche Ausbildung wie in Fig. 2A auf, die Lochmatrize 42 weist aber eine konusförmige Fläche 58 auf, wie in der Fig. 1 gezeigt. Diese geht allerdings erst über eine Ringfläche 61 in die schräggestellte Ringfläche 60 über, anstatt unmittelbar in diese schräggestellte Fläche überzugehen, was aber grundsätzlich möglich ist. Auch hier weist die Bohrung 54 der Lochmatrize einen größeren Durchmesser als die zylindrische Fläche 21 des Nietabschnittes 20 auf.However, the design according to FIGS. 3A and 3B is even better. Here, the rivet section has the same configuration as in FIG. 2A, but the perforated die 42 has a conical surface 58, as shown in FIG. 1. However, this only merges into the inclined ring surface 60 via an annular surface 61, instead of going directly into this inclined surface, which is, however, fundamentally possible. Here, too, the bore 54 of the punch die has a larger diameter than the cylindrical surface 21 of the rivet section 20.
Der Schneidvorgang und die Ausbildung der Bruchflächen 17 und 69 erfolgt hier im wesentlichen genau wie im Zusammenhang mit Fig. 2A und 2B beschrieben, jedoch wird das Blechmaterial hier in die konusförmige Vertiefung 58 hineingezogen, so daß es eng an diese Konusfläche anliegt und die obere Ringkante 71 einen noch größeren Radius erhält als dies bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2A und 2B der Fall ist. Diese Ausbildung gemäß Fig. 3A und 3B ist deshalb vorteilhaft, weil sich das Blechmaterial 59, das sich im Bereich der konusförmigen Vertiefung 58 befindet, sich (sozusagen) mit der Lochmatrize 42 verhakt, wodurch eine Aufweitung des Stanzloches 70 im späteren Verfahren weitestgehend ausgeschaltet wird.The cutting process and the formation of the fracture surfaces 17 and 69 takes place here essentially exactly as described in connection with FIGS. 2A and 2B, but the sheet metal material is here in the conical shape Indentation 58 is drawn in so that it lies closely against this conical surface and the upper ring edge 71 is given an even larger radius than is the case with the embodiment according to FIGS. 2A and 2B. 3A and 3B is advantageous because the sheet material 59, which is located in the area of the conical depression 58, is (so to speak) hooked up with the punch die 42, as a result of which a widening of the punched hole 70 is largely eliminated in the later process ,
Eine noch bessere Ausbildung ist den Fig. 4A und 4B zu entnehmen, die die konkrete Ausbildung gemäß Fig. 1 zeigen, allerdings geht auch hier die konusförmige Fläche 58 erst in eine sich radial erstreckende Ringfläche 61 über und erst dann in die weitere Schrägfläche 60. Die Ringfläche 61 kann jedoch weggelassen werden, so daß die konusförmige Fläche 58 unmittelbar in die schräggestellte Ringfläche 60 übergeht.An even better design can be seen in FIGS. 4A and 4B, which show the specific design according to FIG. 1, but here, too, the conical surface 58 first merges into a radially extending annular surface 61 and only then into the further inclined surface 60. However, the annular surface 61 can be omitted so that the conical surface 58 merges directly into the inclined annular surface 60.
Die Lochmatrize 42 in diesem Beispiel hat genau die gleiche Form wie in der Fig. 3B, dagegen ist die Ausbildung des Nietabschnittes 20 nunmehr so getroffen, daß die zylindrische Fläche 21 über einen Radius 19 in die Stirnseite 23 übergeht.The perforated die 42 in this example has exactly the same shape as in FIG. 3B, on the other hand the rivet section 20 is now designed such that the cylindrical surface 21 merges into the end face 23 over a radius 19.
Abweichend von den bisherigen Beispielen gemäß Fig. 2A und B und Fig. 3A und B weist hier die Bohrung 54 einen Innendurchmesser auf, der deutlich größer ist als die zylindrische Fläche 21 des Nietabschnittes 20. Beispielsweise kann der Radius der Bohrung 54 ohne weiteres um 30 bis 50 % der Blechdicke größer sein als der Radius der zylindrischen Fläche 21 des Nietabschnittes. Eine solche Ausbildung führt nun zu einer plastischen Verformung des Blechmaterials in den sich zwischen der Bohrung 54 und der zylindrischen Fläche ausbildenden Ringspalt hinein, bis der Stanzbutzen an der Bruchfläche 98 vom Blechteil 14 abreist. Hierdurch entsteht die oben erwähnte zylindrische Ringlippe 68.In contrast to the previous examples according to FIGS. 2A and B and FIGS. 3A and B, the bore 54 here has an inner diameter which is significantly larger than the cylindrical surface 21 of the rivet section 20. For example, the radius of the bore 54 can easily be increased by 30 up to 50% of the sheet thickness can be greater than the radius of the cylindrical surface 21 of the rivet section. Such a design now leads to a plastic deformation of the sheet metal material into the annular gap formed between the bore 54 and the cylindrical surface until the punching slug leaves the sheet metal part 14 at the breaking surface 98. This creates the cylindrical ring lip 68 mentioned above.
Diese Ausbildung ist aus mehreren Gründen zu bevorzugen. Erstens bedeutet der größere Durchmesser der Zylinderbohrung 54 im Vergleich zu der zylindrischen Fläche 21 des Nietabschnittes, daß die Ausrichtung der Matrize mit dem Werkzeug weniger kritisch ist. Zum zweiten hilft die zylindrische Ringlippe 68 dem Material im Bereich der konusförmigen Fläche 58 die Aufweitung des Stanzloches bei der nachfolgenden Umformung des Blechteils zu vermeiden. Drittens schafft die zylindrische Lippe 68 noch mehr Material im Bereich des Stanzloches, so daß eine noch intensivere plastische Verformung des Blechteils im Bereich der Ringvertiefung des Funktionselementes erreicht wird. Weiterhin erhält der Stanzbutzen durch diese Anordnung eine Form, die für das sichere Entsorgen des Stanzbutzen durch die Bohrung 56 der Lochmatrize hindurch günstig ist. Diese vorteilhafte Ausbildung des Stanzloches und des Stanzbutzens wird auch dann erreicht, wenn der Stanzabschnitt 20 eine konusförmige Vertiefung an der radial inneren Seite aufweist, wie durch die gestrichelte Linie 99 als Möglichkeit dargestellt ist. Diese konusförmige Vertiefung, die in Fig. 1 gezeigt ist, hat den Vorteil, daß sie die Aufweitung und Umbördelung des Nietabschnittes im anschließenden Nietvorgang begünstigt.This training is preferable for several reasons. First, the larger diameter of the cylinder bore 54 compared to the cylindrical surface 21 of the rivet section means that the alignment of the die with the tool is less critical. Secondly, the cylindrical annular lip 68 helps the material in the area of the conical surface 58 to avoid the widening of the punched hole during the subsequent shaping of the sheet metal part. Thirdly, the cylindrical lip 68 creates even more material in the area of the punched hole, so that an even more intensive plastic deformation of the sheet metal part is achieved in the area of the ring recess of the functional element. Furthermore, this arrangement gives the punching slug a shape which is favorable for the safe disposal of the punching slug through the bore 56 of the punch die. This advantageous design of the punching hole and the punching slug is also achieved if the punching section 20 has a conical depression on the radially inner side, as shown by the broken line 99 as a possibility. This conical depression, which is shown in Fig. 1, has the advantage that it favors the widening and flanging of the rivet section in the subsequent riveting process.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens bzw. der verwendeten Werkzeuge wird nunmehr anhand der Figuren 5A bis 5F beschrieben. Es werden im Zusammenhang mit den Figuren 5A bis 5F die gleichen Bezugszeichen verwendet wie im Zusammenhang mit den bisherigen Figuren. Es versteht sich daher, daß die bisherige Beschreibung auch für Teile in Fig. 5A bis 5F gilt, die die gleichen Bezugszeichen aufweisen, so daß eine nähere Beschreibung dieser Merkmale nur dann erfolgen wird, wenn Besonderheiten oder besondere Unterschiede zu beachten sind. Es kann gesagt werden, daß das in Fig. 5A bis F gezeigte Funktionselement 10 die gleiche Form aufweist wie das Funktionselement 10 der Figuren 1A bis IF, so daß eine erneute Beschreibung des Elementes selbst nicht notwendig ist.Another preferred embodiment of the method and the tools used will now be described with reference to FIGS. 5A to 5F. The same reference numerals are used in connection with FIGS. 5A to 5F as in connection with the previous figures. It is therefore understood that the previous description also applies to parts in FIGS. 5A to 5F that have the same reference numerals, so that a more detailed description of these features will only be given if special features or special differences need to be taken into account. It can be said that the functional element 10 shown in FIGS. 5A to F has the same shape as the functional element 10 of FIGS. 1A to IF, so that a new description of the element itself is not necessary.
Das obere Werkzeug 40 der Fig. 5A kann im Prinzip genauso in einem Folgeverbundwerkzeug oder einer Transferpresse eingebaut werden wie das entsprechende Werkzeug der Fig. 1A, nur ist hier das Werkzeug 40 von einem gefederten Niederhalter 100 umgeben, der durch schematisch dargestellte Schraubendruckfedern 102 nach unten vorgespannt ist. Die Schraubendruckfedern 102 können durch andere geeignete Federn, wie Gasdruck- oder Fluiddruckfedern, ersetzt werden. Das Werkzeug 40 weist in diesem Beispiel nur eine Vertiefung 50 auf, die der Vertiefung 50 des Werkzeuges 40 der Fig. 1A entspricht. Die untere Stirnseite 48 des Werkzeuges 40 drückt hier unmittelbar auf die ringförmige Druckfläche 36 des Funktionselementes 10. Die Matrize 42 kann genauso ausgebildet werden wie in der Fig. 1A, wird aber hier so dargestellt, als würde sie die Form gemäß Fig. 2A und 2B aufweisen, was grundsätzlich hier möglich ist, da die Stirnseite 101 des gefederten Niederhalters 100 bei der nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeuges 40 das Blechmaterial fest gegen die ringförmige Anlagefläche 64 der Matrize hält, und zwar nach Ausbildung der konusförmigen Erhöhung im Blechteil (wie in Fig. 5B gezeigt) vor Ausbildung des Stanzloches. Bei der Ausbildung des Stanzloches 70, die durch eine weitere nach unten gerichtete Bewegung des Werkzeuges 40 entsprechend der Darstellung gemäß» Fig. 5C erreicht wird, ist eine Auf- weitung des Stanzloches nicht mehr zu befürchten, da das Blechteil um die Lochmatrize herum vom Niederhalter festgehalten wird und sich somit nicht ausdehnen kann.In principle, the upper tool 40 of FIG. 5A can be installed in a progressive tool or a transfer press like the corresponding tool of FIG. 1A, only here the tool 40 is surrounded by a spring-loaded hold-down device 100, which is shown by schematically illustrated helical compression springs 102 is biased. The helical compression springs 102 can be replaced by other suitable springs, such as gas pressure or fluid pressure springs. In this example, the tool 40 has only one depression 50, which corresponds to the depression 50 of the tool 40 in FIG. 1A. The lower end face 48 of the tool 40 presses directly on the annular pressure surface 36 of the functional element 10. The die 42 can be designed in the same way as in FIG. 1A, but is shown here as if it were the shape according to FIGS. 2A and 2B have, which is fundamentally possible here, since the end face 101 of the spring-loaded hold-down device 100 holds the sheet metal material firmly against the annular contact surface 64 of the die during the downward movement of the tool 40, specifically after training the cone-shaped elevation in the sheet metal part (as shown in FIG. 5B) before the punch hole is formed. When the punched hole 70 is formed, which is achieved by a further downward movement of the tool 40 as shown in FIG. 5C, there is no longer any fear of the punched hole widening, since the sheet metal part around the punch die from the hold-down device is held and therefore cannot expand.
Ansonsten ist das Einbringungsverfahren gemäß den weiteren Fig. 5D, 5E und 5F mit der in den Fig. ID bis IF gezeigten Verfahrensweise identisch, weshalb diese weiteren Schritte hier nicht extra beschrieben werden. Man merkt aber, daß das obere Werkzeug 80 und die Nietmatrize 86 in Fig. 5E und 5F identisch mit dem Werkzeug 80 und der Nietmatrize 86 der Fig. 1E und IF sind.Otherwise, the introduction method according to the further FIGS. 5D, 5E and 5F is identical to the procedure shown in FIGS. ID to IF, which is why these further steps are not described separately here. It can be seen, however, that the upper tool 80 and the rivet die 86 in FIGS. 5E and 5F are identical to the tool 80 and the rivet die 86 in FIGS. 1E and IF.
Schließlich zeigen die Fig. 6A bis 6F eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch hier werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile verwendet, und es werden nur die abweichenden Merkmale beschrieben.Finally, FIGS. 6A to 6F show a modified embodiment of the method according to the invention. Here too, the same reference numerals are used for the same parts, and only the different features are described.
Während bei den bisherigen Ausführungsformen eine konusförmige Erhebung im Blechteil 14 erzeugt wird, wird bei der Verfahrensweise der Fig. 6A eine konusförmige Vertiefung im Blechteil erzeugt, die anschließend in eine konusförmige Erhebung umgewandelt wird. Um dies zu erreichen, weist die Lochmatrize 42 eine besondere Ausbildung auf, in der die Bohrung 54 in eine kreisförmige Vertiefung 110 in der Stirnseite der Matrize bei 59 mündet, wobei die kreisförmige Vertiefung 110 über eine schräggestellte Ringfläche 112 in die ringförmige Anlagefläche 64 übergeht, die hier axial vor der Mündung 59 der Bohrung 54 angeordnet ist. Der Übergang vom Bodenbereich 112 der kreisförmigen Vertiefung in die schräggestellte Ringfläche 112 und der Übergang von der schräggestellten Ringfläche 112 in die ringförmige Anlagefläche 160 sind gerundet ausgebildet.While a conical elevation is produced in the sheet metal part 14 in the previous embodiments, a conical depression is produced in the sheet metal part in the procedure of FIG. 6A, which is subsequently converted into a conical elevation. In order to achieve this, the perforated die 42 has a special design in which the bore 54 opens into a circular depression 110 in the end face of the die at 59, the circular depression 110 passing over an inclined annular surface 112 into the annular contact surface 64, this one axially in front of the mouth 59 of the bore 54 is arranged. The transition from the bottom region 112 of the circular depression into the inclined annular surface 112 and the transition from the inclined annular surface 112 into the annular contact surface 160 are rounded.
Das obere Werkzeug 40 wird auch hier ohne Niederhalter realisiert. Die das Funktionselement 10 aufnehmende Vertiefung 46 in der unteren Stirnseite des Werkzeuges 40 ist im Prinzip gleich realisiert wie im Werkzeug 40 der Fig. 1A mit einer ersten kreisförmigen Vertiefung 46, die über einen sich radial erstreckenden Bodenbereich 48 in eine weitere kreisförmige Vertiefung 50 übergeht, nur ist hier die kreisförmige Vertiefung 46 nur gerade so tief, daß der ringförmige Bereich 27 der Auflagefläche 16 des Funktionselementes 10 bündig mit der unteren Stirnseite 52 des oberen Werkzeuges 40 liegt. D.h. der rohrförmige Nietabschnitt 20 ragt hier weiter aus der unteren Stirnseite des Werkzeuges 40 hervor.The upper tool 40 is also implemented here without a hold-down device. The recess 46 receiving the functional element 10 in the lower end face of the tool 40 is realized in principle in the same way as in the tool 40 of FIG. 1A with a first circular recess 46 which merges into a further circular recess 50 via a radially extending base region 48, only here is the circular recess 46 just so deep that the annular region 27 of the bearing surface 16 of the functional element 10 lies flush with the lower end face 52 of the upper tool 40. That the tubular rivet section 20 protrudes further from the lower end face of the tool 40.
Wie aus Fig. 6B ersichtlich, führt die nach unten gerichtete Bewegung des oberen Werkzeuges entsprechend dem Pfeil 44 dazu, daß der rohrförmige Nietabschnitt 20 eine konusförmige Ringvertiefung 120 im Blechteil 14 erzeugt. Bei der weiteren nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeuges wird der Stanzabschnitt 20 verwendet, um einen Stanzbutzen zu erzeugen, wobei dies beispielsweise entsprechend einem der Verfahren gemäß Fig. 2A und 2B, 3A und 3B oder 4A und 4B erfolgen kann. Nach dem erfolgten Durchstanzen des Blechteils entsprechend Fig. 6C bewegt sich das Werkzeug weiter nach unten bis seine untere Stirnseite 52 dasAs can be seen from FIG. 6B, the downward movement of the upper tool according to arrow 44 leads to the tubular rivet section 20 producing a conical annular recess 120 in the sheet metal part 14. During the further downward movement of the tool, the punching section 20 is used to produce a punching slug, this being possible, for example, according to one of the methods according to FIGS. 2A and 2B, 3A and 3B or 4A and 4B. After the sheet metal part has been punched out according to FIG. 6C, the tool moves further downward until its lower end face 52
Blechteil gegen die obere Stirnseite 64 der Lochmatrize klemmt, wie in Fig. 6D gezeigt. Man merkt hier, daß das Blechteil ebenfalls an den weiteren ringförmigen Bereich 27 der Auflagefläche 16 des Kopfteils des Funktions- elementes 10 anliegt und man sieht außerdem aus Fig. 6D, daß das Blechmaterial zwischen dieser ringförmigen Fläche und dem Nietabschnitt 20 volumenmäßig tendentiell größer ist als das Volumen, das es beim anschließenden Nietvorgang annimmt, wenn die in Fig. 6D konusförmige Vertiefung im Blechteil in eine konusförmige Erhebung umgewandelt wird, die die Ringvertiefung ausfüllt (so wie in Fig. 6F gezeigt).Sheet metal part clamps against the upper end face 64 of the punch die, as shown in FIG. 6D. It can be seen here that the sheet metal part is also attached to the further annular region 27 of the support surface 16 of the head part of the functional part. element 10 abuts and it can also be seen from Fig. 6D that the sheet material between this annular surface and the rivet section 20 tends to be larger in volume than the volume that it takes on during the subsequent riveting process when the cone-shaped depression in the sheet metal part in a Cone-shaped elevation is converted, which fills the ring recess (as shown in Fig. 6F).
Wie aus Fig. 6D ersichtlich, liegt das Blechmaterial eng am Nietabschnitt 20 an. Das Blechteil mit dem darin kraftschlüssig geklemmten Funktions- element 10 wird dann nach Anhebung des Werkzeugs 40 und des Blechteils in eine weitere Station oder in eine weitere Presse gebracht und wird dort mit einem oberen Werkzeug 80, das mit dem oberen Werkzeug 40 identisch ist und mit einer unteren Nietmatrize 86, die identisch ist mit den bisher gemäß Fig. 1E und 5E verwendeten Matrizen 86 einem Niet- Vorgang unterzogen, der in Fig. 6F im Endzustand gezeigt ist. DieserAs can be seen from FIG. 6D, the sheet metal material lies closely against the rivet section 20. The sheet metal part with the functional element 10 frictionally clamped therein is then brought into a further station or into a further press after lifting the tool 40 and the sheet metal part and is there with an upper tool 80, which is identical to the upper tool 40 and with a lower rivet die 86, which is identical to the die 86 previously used according to FIGS. 1E and 5E, is subjected to a riveting process, which is shown in FIG. 6F in the final state. This
Zustand entspricht wiederum vollständig dem Zustand gemäß Fig. IF und man merkt, daß das Blechmaterial formschlüssig zwischen dem Kopfteil 18 des Funktionselementes und dem umgebördelten Nietabschnitt 20 geklemmt ist, wobei aufgrund der eintretenden Volumenverkleinerung das Blechmaterial im Bereich zwischen der Auflagefläche 16 und dem umgebördelten Nietabschnitt einer erheblichen Kompression ausgesetzt ist, die zu einer plastischen Verformung des Materials und zu einer permanenten Kompressionsspannung führt, die für eine hochwertige Verbindung des Funktionselementes 10 am Blechteil 14 sorgt.State again corresponds completely to the state according to FIG. IF and you can see that the sheet material is positively clamped between the head part 18 of the functional element and the flanged rivet section 20, the sheet material in the area between the contact surface 16 and the flanged rivet section due to the volume reduction occurring is subjected to considerable compression, which leads to a plastic deformation of the material and to a permanent compression tension, which ensures a high-quality connection of the functional element 10 to the sheet metal part 14.
Die hier beschriebenen Funktionselemente können zum Beispiel aus allen Materialien hergestellt werden, die die Festigkeitsklasse 5.6 oder höher erreichen. Solche Metallwerkstoffe sind üblicherweise Kohlenstoffstähle mit 0, 15 bis 0,55 % Kohlenstoffgehalt.The functional elements described here can be made, for example, from all materials that have strength class 5.6 or higher to reach. Such metal materials are usually carbon steels with 0.15 to 0.55% carbon content.
Bei allen Ausführungsformen können auch als Beispiel für den Werkstoff der Funktionselemente alle Materialien genannt werden, die im Rahmen der Kaltverformung die Festigungswerte der Klasse 8 gemäß Isostandard erreichen, beispielsweise eine 35B2-Legierung gemäß DIN 1654. Die so gebildeten Befestigungselemente eigenen sich u.a. für alle handelsüblichen Stahlwerkstoffe für ziehfähige Blechteile wie auch für Aluminium oder deren Legierungen. Auch können Aluminiumlegierungen, insbesondere solche mit hoher Festigkeit, für die Funktionselemente benutzt werden, z.B. AlMg5. Auch kommen Funktionselemente aus höherfesten Magnesiumlegierungen wie bspw. AM50 in Frage. In all embodiments, as an example of the material of the functional elements, all materials can be mentioned that reach the strength values of class 8 according to the Isostandard during the cold forming, for example a 35B2 alloy according to DIN 1654. for all commercially available steel materials for drawable sheet metal parts as well as for aluminum or their alloys. Aluminum alloys, especially those with high strength, can also be used for the functional elements, e.g. AlMg5. Functional elements made of high-strength magnesium alloys such as AM50 are also suitable.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements (10) an ein Blechteil (14), wobei das Funktionselement einen eine ringförmige1. A method for attaching a functional element (10) to a sheet metal part (14), the functional element being an annular one
Auflagefläche (16) aufweisenden Kopfteil (18) und einen rohrförmigen, auf der Seite der Auflagefläche (16) des Kopfteils (18) vorgesehenen, vom Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt (20) aufweist, im Bereich des Überganges vom Kopfteil in den Nietabschnitt die Auflagefläche eine Ringvertiefung (22) mit einer zur Längsachse (12) des Funktionselements schräggestellten Ringfläche (24) umfaßt und die Ringvertiefung ihre größte Tiefe benachbart zum Nietabschnitt (20) hat und gegebenenfalls Verdrehsicherungsmerkmale (26), wie beispielsweise Verdrehsicherungsnasen, die im Bereich der Ringver- tiefung (22) und/ oder im Bereich des Überganges der Ringvertiefung in den Nietabschnitt (20) vorgesehen sind, die wahlweise die Ringvertiefung in einzelne um die Längsachse des Funktionselements verteilte Felder unterteilen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Blechteil (14) auf einer Lochmatrize (42) abgestützt wird, die eine Bohrung (54) aufweist, deren Durchmesser zumindest im wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts (20) entspricht oder etwas größer als dieser ist, wobei die Bohrung in die dem Blechteil zugewandten Stirnseite der Lochmatrize (42) mündet und über eine zur Längsachse (12) der Matrize schräggestelltenHas bearing surface (16) having head part (18) and a tubular rivet section (20) provided on the side of the bearing surface (16) of the head part (18) and extending away from the head part, in the region of the transition from the head part to the rivet section the bearing surface Ring recess (22) with an inclined to the longitudinal axis (12) of the functional element ring surface (24) and the ring recess has its greatest depth adjacent to the rivet section (20) and, if necessary, anti-rotation features (26), such as anti-rotation noses, in the area of the ring recess (22) and / or in the area of the transition of the ring recess into the rivet section (20) are provided, which optionally divide the ring recess into individual fields distributed around the longitudinal axis of the functional element, characterized in that the sheet metal part (14) is placed on a perforated die (42 ) is supported, which has a bore (54) whose diameter at least essentially corresponds to the outer diameter of the rivet section (20) or is slightly larger than this, the bore opening into the end face of the perforated die (42) facing the sheet metal part and via an oblique to the longitudinal axis (12) of the die
Ringfläche (60) in eine gegenüber der Mündung (59) der Bohrung zurückversetzte, ringförmige Auflagefläche (64) der Lochmatrize ü- bergeht, daß das Funktionselement (10) auf das auf der Lochmatrize (42) abgestützte Blechteil (14) gedrückt wird, um mittels des selbststanzend ausgebildeten Nietabschnitts (20) einen Stanzbutzen (66) aus dem Blechteil (14) herauszustanzen und über die schräggestellte Ringfläche (60) der Lochmatrize eine konusförmige Erhöhung (15) im Blechteil (14) zu erzeugen, die das durch das Herausstanzen desAnnular surface (60) in an annular contact surface (64) of the perforated die set back relative to the mouth (59) of the bore passes over that the functional element (10) onto that on the perforated die (42) supported sheet metal part (14) is pressed in order to punch out a punching slug (66) from the sheet metal part (14) by means of the self-piercing rivet section (20) and a conical increase (15) in the sheet metal part via the inclined annular surface (60) of the punch die (14) which is produced by punching out the
Stanzbutzens erzeugte Stanzloch (70) umgibt, daß das Blechteil (14) mit dem Funktionselement (10), dessen Nietabschnitt (20) sich im Stanzloch (70) befindet, anschließend an eine Nietmatrize (86) gedrückt wird, die koaxial zur Längsachse (12) des Funktionselements an ihrer dem Blechteil (14) zugewandten Stirnseite einen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung (88) aufweist, der das Blechteil (14) in vollständige Anlage an die Auflagefläche (16) des Funktionselements bringt, so daß das Blechteil um das Stanzloch (70) herum zwischen dem umgebördelten Nietabschnitt (20) und der Auflagefläche (16) des Funktionselements formschlüssig eingeklemmt wird.The punch hole (70) produced surrounds that the sheet metal part (14) with the functional element (10), the rivet section (20) of which is in the punch hole (70), is then pressed against a rivet die (86) which is coaxial with the longitudinal axis (12 ) of the functional element on its end face facing the sheet metal part (14) has a projection (88) designed for flanging the rivet section, which brings the sheet metal part (14) into full contact with the bearing surface (16) of the functional element, so that the sheet metal part around the punched hole (70) between the flanged rivet section (20) and the support surface (16) of the functional element is clamped in a positive manner.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß bei dem Loch Vorgang zur Erzeugung des Stanzloches (70) der2. The method according to claim 1, characterized g e k e n n z e i c h n e t that in the hole process for producing the punched hole (70)
Nietabschnitt (20) des Funktionselements (10) in das Stanzloch (70) eingeklemmt wird, wodurch das Element (10) kraftschlüssig mit dem Blechteil (14) verbunden ist.Rivet section (20) of the functional element (10) is clamped into the punched hole (70), whereby the element (10) is non-positively connected to the sheet metal part (14).
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kopfteil des Funktionselements in einer stirnseitigen Vertiefung (46, 50) eines Werkzugs (40) aufgenommen ist, wobei die Auflagefläche (16) des Funktionselements (10) von der Stirnseite (52) des Werkzeugs (40) zurückversetzt ist, das freie Ende des Nietabschnitts (20) jedoch vor der Stirnseite (52) des Werkzeugs vorsteht, wodurch, wenn das Funktionselement (10) auf das Blechteil (14) gedrückt wird, der Nietabschnitt (20) zunächst den Stanzbutzen (66) heraustrennt, während das Blechteil (14) an der ringförmigen Umrandung (62) der Mündung (59) der3. The method according to claim 1, wherein the head part of the functional element is received in an end-side recess (46, 50) of a tool (40), wherein the bearing surface (16) of the functional element (10) from the end face (52) of the tool (40 ) set back However, the free end of the rivet section (20) protrudes in front of the end face (52) of the tool, so that when the functional element (10) is pressed onto the sheet metal part (14), the rivet section (20) first separates the punching slug (66) , while the sheet metal part (14) on the annular border (62) of the mouth (59) of the
Bohrung der Lochmatrize abgestützt wird und durch eine weitere drückende Bewegung des Werkzeugs (40) mit dem Funktionselement (10) auf die Lochmatrize (42) zu der Nietabschnitt (20) durch das Stanzloch (70) hindurchgedrückt wird und die Stirnseite des Werkzeugs (52) das Blechteil (14) zur Anlage an die ringförmige Auflagefläche (64) der Lochmatrize (42) bringt und hierdurch die konusförmige Erhöhung (15) im Blechteil (14) erzeugt.Bore of the punch die is supported and is pressed by a further pressing movement of the tool (40) with the functional element (10) on the punch die (42) to the rivet section (20) through the punched hole (70) and the end face of the tool (52) brings the sheet metal part (14) into contact with the annular bearing surface (64) of the perforated die (42) and thereby produces the conical elevation (15) in the sheet metal part (14).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auflagefläche (16) des Funktionselements (10) um die Ringvertiefung (22) herum eine weitere ringförmige Auflagefläche (27) aufweist, die mindestens in einem Bereich sich radial zur Längsachse (12) des Funktionselements (10) erstreckt und anschließend über eine Rundung (21) oder eine Fase in eine Mantelfläche des Kopfteils des Funktionselements übergeht, daß nach dem Lochvorgang das Blechteil (14) in der Ringvertiefung (22) am Kopfteil (18) des Elements anliegt, die Höhe der konusförmigen Erhöhung (15) im Blechteil jedoch so gewählt wird, daß diese in radialer Richtung vom Kopfteil (18) des Funktionselements weg divergiert, so daß ein Ringzwickel (74) zwischen dem Kopfteil des Funktionselements und dem Blechteil im Bereich der weiteren ringförmigen Auflagefläche des Kopfteils vorliegt und daß beim anschließenden Nietvorgang dieser Ringzwickel (74) durch Niederdrücken der konusförmigen Erhöhung (15) des Blechteils (14) zumindest teilweise gefüllt wird, wodurch das Blechmaterial in radialer Richtung gegen den Nietabschnitt (20) im Bereich des Übergangs in die Ringvertiefung (22) gedrückt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the bearing surface (16) of the functional element (10) around the annular recess (22) has a further annular bearing surface (27) which is at least in one area radially to the longitudinal axis (12) of the Functional elements (10) extends and then over a curve (21) or a chamfer in a lateral surface of the head part of the functional element that after the perforation, the sheet metal part (14) in the ring recess (22) on the head part (18) of the element, which However, the height of the conical elevation (15) in the sheet metal part is selected so that it diverges in the radial direction away from the head part (18) of the functional element, so that a ring gusset (74) between the head part of the functional element and the sheet metal part in the region of the further annular contact surface of the head part is present and that during the subsequent riveting process this Ring gusset (74) is at least partially filled by depressing the conical elevation (15) of the sheet metal part (14), whereby the sheet metal material is pressed in the radial direction against the rivet section (20) in the region of the transition into the ring recess (22).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrung (54) der Lochmatrize (42) mit einem Durchmesser gewählt wird, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Nietabschnitts (20), und zwar in radialer Richtung um einen Betrag, der geringer ist als die Blechstärke, vorzugsweise kleiner als die Hälfte der Blechstärke, und daß die Bohrung (54) der Lochmatrize über eine konusförmige Ringfläche (58) in die genannte schräggestellte Ringfläche (60) der Lochmatrize (42) übergeht, wodurch beim Lochvorgang eine auf der Unterseite des Blechteils vom Kopfteil des5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bore (54) of the die (42) is selected with a diameter which is slightly larger than the outer diameter of the rivet section (20), in the radial direction by an amount , which is less than the sheet thickness, preferably less than half the sheet thickness, and that the bore (54) of the punch die passes over a conical ring surface (58) into said inclined ring face (60) of the punch die (42), which results in the punching process one on the underside of the sheet metal part from the head part of the
Funktionselements wegragende Ringlippe (68) um das Stanzloch (70) im Blechteil (14) herum zwischen dem Nietabschnitt (20) und der Bohrung (54) der Lochmatrize (42) gebildet wird, welche beim anschließenden Nietvorgang einen Materialvorrat bildet, der für ei- nen kompressiven Druck im Blechmaterial um den NietabschnittFunctional elements projecting ring lip (68) around the punch hole (70) in the sheet metal part (14) between the rivet section (20) and the bore (54) of the punch die (42) is formed, which forms a material supply during the subsequent riveting process, which compressive pressure in the sheet material around the rivet section
(20) des Funktionselements (10) herum sorgt, so daß das Blechmaterial einen entsprechenden radialen Druck auf den Nietabschnitt (20) ausübt.(20) of the functional element (10) around, so that the sheet material exerts a corresponding radial pressure on the rivet section (20).
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Funktionselement gegen das Blechteil mittels eines Werkzeugs (40) gedrückt wird, das von einem gefederten Niederhalter (100) umgeben ist, der bereits vor Berührung des Nietabschnitts (20) des Funktionselements mit dem Blechteil (14) das Blechteil an der genannten tieferliegenden, ringförmigen Auflagefläche (64) der Lochmatrize (42) andrückt und bereits vor Durchführung des Loch- Vorgangs die genannte konusförmige Erhöhung (15) im Blechteil dadurch erzeugt, daß das Blechteil zwischen der die Mündung (59) der Lochbohrung (54) der Lochmatrize umgebenden Ringlippe 62 und der zurückversetzten Auflagefläche (64) der Lochmatrize (42) gespannt wird und daß der Lochvorgang anschließend durchgeführt wird.6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the functional element is pressed against the sheet metal part by means of a tool (40) by a spring-loaded hold-down device (100) is surrounded, which presses the sheet metal part against the lower, annular contact surface (64) of the punch die (42) before the rivet section (20) of the functional element touches the sheet metal part (14) and already before the punching process is carried out Said conical increase (15) in the sheet metal part is produced in that the sheet metal part is stretched between the ring lip 62 surrounding the mouth (59) of the perforated hole (54) of the perforated die and the recessed contact surface (64) of the perforated die (42) and that the perforating process then follows is carried out.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei aufgrund des Drucks des Nietabschnitts (20) auf dem Blechmaterial (14) dieses nach Bildung der konusförmigen Erhöhung (15) einen leicht erhöhten Konuswinkel annimmt, wodurch das Blechmaterial klemmend am Nietabschnitt7. The method according to claim 6, wherein due to the pressure of the rivet section (20) on the sheet metal material (14) this assumes a slightly increased cone angle after formation of the cone-shaped elevation (15), whereby the sheet material clamps on the rivet section
(20) des Funktionselements anliegt.(20) of the functional element.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auflagefläche (16) des Funktionselements (10) um die Ringvertiefung (22) herum eine weitere ringförmige Auflagefläche (27) aufweist, die mindestens in einem Bereich sich radial zur Längsachse des Funktionselements erstreckt und anschließend über eine Rundung (21) oder eine Fase in eine Mantelfläche (11) des Kopfteils des Funktionselements (10) übergeht, daß nach dem Lochvorgang das Blechteil in der Ringvertiefung (22) am Kopfteil (18) des Elements anliegt, die Höhe der konusförmigen Erhöhung (15) im Blechteil jedoch so gewählt wird, daß diese in radialer Richtung vom Kopfteil (18) des Funktionselements weg divergiert, so daß ein Ringzwickel (74) zwischen dem Kopfteil (18) des Funktionselements (10) und dem Blechteil (14) radial außerhalb der Ringvertiefung (22) der Auflagefläche (16) vorliegt und daß beim anschließenden Nietvorgang dieser Ringzwickel (74) durch Niederdrücken der konusförmigen Erhöhung (15) des Blechteils zumindest teilweise gefüllt wird, wodurch das Blechmaterial in radialer Richtung gegen den Nietabschnitt (20) im Bereich des Übergangs in die Ringvertiefung (22) gedrückt wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the bearing surface (16) of the functional element (10) around the annular recess (22) has a further annular bearing surface (27) which is at least in one area radially to the longitudinal axis of the functional element extends and then over a rounding (21) or a chamfer into a lateral surface (11) of the head part of the functional element (10) that the sheet metal part rests in the ring recess (22) on the head part (18) of the element after the perforation process, the height the cone-shaped elevation (15) in the sheet metal part is chosen so that this in the radial direction from The head part (18) of the functional element diverges away, so that a ring gusset (74) is present between the head part (18) of the functional element (10) and the sheet metal part (14) radially outside the ring recess (22) of the bearing surface (16) and that during the subsequent one The riveting process of this ring gusset (74) is at least partially filled by depressing the conical elevation (15) of the sheet metal part, as a result of which the sheet metal material is pressed in the radial direction against the rivet section (20) in the region of the transition into the ring recess (22).
9. Verfahren zum Anbringen eines Funktionselements an ein Blechteil, wobei das Funktionselement (10) einen eine ringförmige Auflageflä- che (16) aufweisenden Kopfteil (18) und einen rohrförmigen, auf der Seite der Auflagefläche des Kopfteils vorgesehenen, vom Kopfteil weg erstreckenden Nietabschnitt (20) aufweist, im Bereich des Überganges vom Kopfteil (18) in den Nietabschnitt (20) die Auflagefläche (16) eine Ringvertiefung (22) mit einer zur Längsachse (12) des Funktionselements (10) schräggestellten Ringfläche (24) umfaßt und die schräggestellte Ringfläche (24) der Ringvertiefung ihre größte Tiefe benachbart zum Nietabschnitt (20) hat und gegebenenfalls Verdrehsicherungsmerkmale (26), wie beispielsweise Verdrehsicherungsnasen (26), die im Bereich der Ringvertiefung (22) und/ oder im Bereich des Überganges der Ringvertiefung (22) in den Nietabschnitt (20) vorgesehen sind, die wahlweise die Ringvertiefung in einzelne um die Längsachse (12) des Funktionselements verteilte Felder unterteilen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Blechteil (14) auf einer Lochmatrize (42) abgestützt wird, die eine Bohrung (54) aufweist, deren Durchmesser zumindest im wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietabschnitts entspricht oder etwas größer als dieser ist, wobei die Bohrung in eine dem Blechteil zugewandten Vertiefung (110) in der Stirnseite der Lochmatrize mündet, die in eine axial vor der Mündung (59) der Bohrung (54) liegende, ringförmige Auflagefläche (64) der Lochmatrize übergeht, daß das Funktionselement auf das auf der Auflagefläche der Lochmatrize (42) abgestützte Blechteil (14) gedrückt wird, um mit- tels des selbststanzend ausgebildeten Nietabschnitts (20) einen9. Method for attaching a functional element to a sheet metal part, the functional element (10) having a head part (18) having an annular bearing surface (16) and a tubular rivet section (provided on the side of the bearing surface of the head part and extending away from the head part) 20), in the area of the transition from the head part (18) into the rivet section (20) the bearing surface (16) comprises an annular recess (22) with an oblique to the longitudinal axis (12) of the functional element (10) annular surface (24) and the inclined The ring surface (24) of the ring recess has its greatest depth adjacent to the rivet section (20) and, if necessary, anti-rotation features (26), such as anti-rotation noses (26), in the area of the ring recess (22) and / or in the region of the transition of the ring recess (22) In the rivet section (20) are provided, which optionally distribute the ring recess in individual around the longitudinal axis (12) of the functional element Subdivide fields, characterized by that the sheet metal part (14) is supported on a perforated die (42) which has a bore (54), the diameter of which at least substantially corresponds to the outer diameter of the rivet section or is slightly larger than this, the bore in a depression facing the sheet metal part ( 110) opens into the end face of the perforated die, which merges into an annular bearing surface (64) of the perforated die lying axially in front of the mouth (59) of the bore (54) such that the functional element is supported on the sheet metal part supported on the supported surface of the perforated die (42) (14) is pressed to one by means of the self-piercing rivet section (20)
Stanzbutzen (66) aus dem Blechteil herauszustanzen und über die Vertiefung (110) der Lochmatrize (42) eine konusförmige Vertiefung (120) im Blechteil zu erzeugen, die das durch das Herausstanzen des Stanzbutzens erzeugte Stanzloch (70) umgibt, daß das Blechteil mit dem Funktionselement, dessen Nietabschnitt sich im Stanzloch befindet, anschließend an eine Nietmatrize (86) gedrückt wird, die koaxial zur Längsachse (12) des Funktionselements an ihrer dem Blechteil zugewandten Stirnseite einen zur Umbördelung des Nietabschnitts ausgelegten Vorsprung (88) aufweist, der das Blechteil in vollständige Anlage an die Auflagefläche (16) des FunktionselementsPunch the punching slug (66) out of the sheet metal part and to produce a conical depression (120) in the sheet metal part via the recess (110) of the punch die (42), which surrounds the punching hole (70) produced by punching out the punching slug so that the sheet metal part with the Functional element, the rivet section of which is located in the punched hole, is then pressed onto a rivet die (86) which, coaxially to the longitudinal axis (12) of the functional element, on its end face facing the sheet metal part has a projection (88) designed for flanging the rivet section, which has the sheet metal part in complete contact with the support surface (16) of the functional element
(10) bringt, so daß das Blechteil (14) um das Stanzloch (70) herum zwischen dem umgebördelten Nietabschnitt (20) und der Auflagefläche (16) des Funktionselements (10) formschlüssig eingeklemmt ist.(10) brings, so that the sheet metal part (14) around the punch hole (70) between the flanged rivet section (20) and the bearing surface (16) of the functional element (10) is clamped in a form-fitting manner.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die konusförmige Vertiefung (120) im Blechteil beim Nietvorgang zu einer konusförmigen Erhebung umgeformt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the conical recess (120) in the sheet metal part during the riveting process is formed into a conical elevation.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß unter Berücksichtigung etwaiger Verdrehsicherungsmerkmale (26) im Bereich der Ringvertiefung (22) oder des Nietabschnitts (20) des Funktionselements ein Materialüberschuß in der konusförmigen Vertiefung des Blech teils (14) gegenüber der konusförmigen Erhebung vorgesehen wird, wodurch das Blechmaterial bei der Umformung plastisch verformt wird und einen permanenten radialen Druck auf den Nietabschnitt (20) des Funktionselements (10) ausübt.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that, taking into account any anti-rotation features (26) in the region of the ring recess (22) or the rivet section (20) of the functional element, an excess of material in the conical recess of the sheet metal part (14) relative to the conical Elevation is provided, whereby the sheet metal material is plastically deformed during the forming and exerts a permanent radial pressure on the rivet section (20) of the functional element (10).
12. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bestehend aus einem ersten Werkzeug (40) zur Aufnahme des Funktionselementes und um dieses gegen das von einer Lochmatrize (42) abgestützte Blechteil (14) zu drücken und einem zweiten Werkzeug (80) zur Aufnahme des im Blechteil klemmend aufgenommenen Funktionselements und zum Drücken des Funktionselements (10) mit Blechteil (14) auf eine Nietmatrize (86).12. Tool for performing the method according to one of claims 1 to 11, consisting of a first tool (40) for receiving the functional element and to press it against the sheet metal part (14) supported by a perforated die (42) and a second tool ( 80) for receiving the functional element clamped in the sheet metal part and for pressing the functional element (10) with sheet metal part (14) onto a rivet die (86).
13. Werkzeugsatz nach Anspruch 12 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Werkzeug (40) einen gefederten Blechniederhalter (100) umfaßt. 13. Tool set according to claim 12 for carrying out the method according to one of claims 6 to 8, wherein the first tool (40) comprises a spring-loaded sheet metal hold-down device (100).
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