WO2012031671A1

WO2012031671A1 - Verfahren zum einbringen einer hülse, insbesondere einer gewindehülse in ein werkstück

Info

Publication number: WO2012031671A1
Application number: PCT/EP2011/004155
Authority: WO
Inventors: Jürgen Sander
Original assignee: Audi Ag
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-03-15
Also published as: DE102010044902B4; CN103097074A; DE102010044902A1; CN103097074B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Hülse (1), vorzugsweise einer Gewindehülse in ein Werkstück (3) durch Einführen der Hülse (1) in eine zwei Begrenzungsflächen (3a, 3b) des Werkstücks (3) verbindende Durchgangsöffnung (4a, 4b) bei dem ein an einem Ende der Hülse (1) radial umlaufender Flansch (1a) an der einen Begrenzungsfläche (3a) anliegt und an der anderen Begrenzungsfläche (3b) eine Anlagefläche (2a) eines Eingriffselements (2) anliegt, wobei das Eingriffselement (2) mit der Hülse (1) durch einen Formschluss gefügt wird, so dass das Werkstück (3) über die beiden Begrenzungsflächen (3a, 3b) zwischen dem Flansch (1a) der Hülse (1) und der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) geklemmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Eingriffselement (2) einen teilweise in die Hülse (1) eintauchenden Fügeabschnitt (2b) aufweist, der mittels eines in die Hülse (1) eingeführten Prägewerkzeugs (5) durch plastische Verformung mit der Hülse (1) verstemmt wird. Gemäß einer alternativen Lösung ist vorgesehen, dass das Werkstück (3) als Hohlprofil ausgebildet ist, das in Richtung der Durchgangsbohrung (4a, 4b) von zwei die Begrenzungsflächen (3a, 3b) bildenden Seitenwänden (3c, 3d) begrenzt wird, die Hülse (1) stirnseitig einen deren Bohrung (1b) umlaufenden und deren Stirnseite (1f) überstehenden Kragen (1e) aufweist, die Durchgangsbohrung (4b) der an der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) anliegenden Seitenwand (3d) des Werkstücks (3) im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des Kragens (1e) entspricht, das Eingriffselement (2) als eine die Anlagefläche (2a) aufweisende Grundplatte (2c) mit einer den Kragen (1e) umschließenden Bohrung (12) ausgebildet ist, und der die Grundplatte (2c) überstehende Kragen (1e) radial nach außen mit dem Rand der Bohrung (12) der Grundplatte (2c) und dem Rand der Durchgangsöffnung (4b) in der Seitenwand (3d) verpresst wird.

Description

Verfahren zum Einbringen einer Hülse, insbesondere einer Gewindehülse in ein Werkstück

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Hülse, vorzugsweise einer Gewindehülse in ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 als auch eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fügeverbindung zwischen einer Hülse und einem Werkstück.

Aus der EP 1 779 964 A1 ist ein solches Verfahren zum Fügen einer Hülse mit einem flächigen und massiven Werkstück bekannt, bei dem die Hülse in eine zwei Begrenzungsflächen des Werkstücks verbindende Durchgangsöffnung eingeführt wird, wobei ein an einem Ende der Hülse radial umlaufenden Flansch an der einen Begrenzungsfläche anliegt und an der anderen Begrenzungsfläche die Hülse so weit übersteht, dass sowohl ein scheibenförmiges Eingriffselements mit einer dem äußeren Durchmesser der Hülse entsprechenden Öffnung auf diesen Überstand aufgesteckt werden kann und dabei eine Seite des Eingriffselements als Anlagefläche an der anderen Begrenzungsfläche anliegt als auch der Überstand der Hülse an diesem als Scheibe ausgebildeten Eingriffselement übersteht. Von der den Überstand aufweisenden Seite der Hülse wird ein konisch geformter Dorn in die Hülse derart ^eingeführt, dass der Rand der Hülse radial nach außen aufgeweitet wird, so dass dadurch dieser Rand mit dem Randbereich der Öffnung des Eingriffselements verpresst und das Werkstück zwischen dem Flansch der Hülse und dem scheibenförmigen Eingriffselement geklemmt wird. Im Fahrzeugbau werden in Karosseriestrukturen Anbindungspunkte mit hohen Festigkeitsanforderungen, bspw. für Fahrwerksanbindungen benötigt. Dabei werden insbesondere bei Aluminium-Karosserien bevorzugt Strangpressprofile oder andere Hohlprofile eingesetzt, für die dann Hülsen, vor allem Gewindehülsen als Anbindungspunkte eingesetzt werden.

Das Einbringung solcher Hülsen in Hohlprofile mit dem bekannten Verfahren gemäß der oben genannten EP 1 779 964 A1 führt nicht zu der im Fahrzeugbau geforderten hohen Fügequalität der Verbindung und nicht zu der gewünschten Dauerhaltbarkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren der eingangs genannten Art derart fortzubilden, dass die für den Fahrzeugbau hohen Qualitätsanforderungen sowohl hinsichtlich der Fügequalität der Verbindung einer Hülse mit einem als Hohlprofil ausgebildeten Werkstück als auch hinsichtlich deren Dauerhaltbarkeit erzielt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 als auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.

Bei einem solchen Verfahren gemäß der erstgenannten Lösung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Eingriffselement einen teilweise in die Hülse eintauchenden Fügeabschnitt aufweist, der mittels eines in die Hülse eingeführten Prägewerkzeugs durch plastische Verformung mit der Hülse verstemmt wird.

Dieses erste erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der in die Hülse ragende Fügeabschnitt mit der Innenwand der Hülse verstemmt wird und somit im Vergleich zum Stand der Technik ein sicherer Formschluss mit einer hohen Verbindungsqualität erzielt wird. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erstgenannten erfindungsgemäßen Lösung der Erfindung ist der Fügeabschnitt zylinderförmig ausgebildet, wobei das Prägewerkzeug als Prägestempel von der dem Eingriffselement gegenüber liegenden Seite in die Hülse eingeführt wird und durch axiale Stauchung des Fügeabschnittes eine Verstemmung mit der Hülse erfolgt.

Ein solcher massiver Fügeabschnitt lässt eine starke axiale Stauchung zu, wodurch eine hohe Verspannung des Fügeabschnittes gegen die Innenwandung der Hülse und damit eine weitere qualitative Verbesserung der Fügequalität zwischen dem Eingriffselement und der Hülse erzielt wird, wodurch insgesamt eine hohe Verbindungsqualität zwischen der Hülse und dem Werkstück zustande kommt.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Fügeabschnitt hohlzylinderförmig derart ausgebildet ist, dass das Prägewerkzeug durch eine zentrale Bohrung des Eingriffselements führbar ist.

Zum einen ist vorzugsweise zur axialen Stauchung des Fügeabschnittes das Prägewerkzeug mit einem Stauchkopf ausgebildet, der mit einem durch die Bohrung des Eingriffselements geführten Zugschaft verbunden ist.

Zum anderen ist vorzugsweise der hohlzylinderförmige Fügeabschnitt mittels eines mit dem Prägewerkzeug verbundenen Spreizkopfes zur Verstemmung mit der Hülse in radialer Richtung aufspreizbar. Bei dieser Ausführungsform wird das Prägewerkzeug mit dem Spreizkopf durch die Bohrung des Eingriffselements in dessen Fügeabschnitt eingeführt.

Eine weitere Verbesserung der Verbindungsqualität zwischen dem Eingriffselement und der Hülse wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung dadurch erreicht, dass die Innenwandung der Hülse zum formschlüssigen Fügen des Eingriffselements P T/EP2011/004155

4 mit der Hülse Prägungen, vorzugsweise wenigstens einen umlaufenden Wulst aufweist.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung ergibt sich dadurch, dass das Eingriffselement eine Grundplatte umfasst, auf der der Fügeabschnitt angeordnet ist. Damit ergibt sich eine einfache Gestalt für ein solches Eingriffselement, das damit kostengünstig herstellbar ist. Vorzugsweise ist bei einem solchen Eingriffselement zur Bildung einer Ringnut auf deren Grundplatte ein den Fügeabschnitt umlaufender Ringabschnitt vorgesehen, so dass von dieser Ringnut der Randbereich der Hülse aufgenommen bzw. umschlossen werden kann. Damit wird eine große Fügefläche zwischen einem solchen Eingriffselement und der Hülse realisiert, wodurch eine besonders gute Verbindungsqualität erreicht wird, so dass hierdurch insgesamt eine hohe Anbindungskraft von der Hülse aufgenommen werden kann.

Ferner kann bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung zwischen der Anlagefläche des Eingriffselements und der anderen Begrenzungsfläche, also der Fläche, an der das Eingriffselement, insbesondere die Grundplatte anliegt, eine Klebstoffschicht eingebracht werden, so dass dadurch die Verbindungsqualität zwischen dem Eingriffselement und dem Werkstück verbessert wird, insbesondere kann dadurch von der mit einem Gewinde versehene Hülse ein erhöhtes Drehmoment aufgenommen werden. Vorzugsweise kann hierfür zwischen der Anlagefläche des Eingriffselements und der anderen Begrenzungsfläche des Werkstücks, an der insbesondere die Grundplatte des Eingriffselements anliegt, die Anlagefläche mit Abstandselementen ausgebildet werden, so dass hierdurch eine definierte Dicke der Klebstoffschicht realisiert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der erstgenannten Lösung ist besonders für als Hohlprofile ausgebildete Werkstücke geeignet, um bspw. in solchen Hohlprofilen aus Metall, wie Stahl oder Leichtmetall (bspw. Aluminium) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Anbindungspunkte mittels Hülsen, vorzugsweise Gewindehülsen zu realisieren. Ferner können als Werkstücke auch Mischbauverbindungen verwendet werden, wie bspw. Stahl/Aluminium- oder Metall/Nichtmetall-Kombinationen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der zweitgenannten Lösung ist es vorgesehen, dass das Werkstück als Hohlprofil ausgebildet ist, das in Richtung der Durchgangsbohrung von zwei die Begrenzungsflächen bildenden Seitenwänden begrenzt wird, die Hülse stirnseitig einen deren Bohrung umlaufenden und deren Stirnseite überstehenden Kragen aufweist, die Durchgangsbohrung der an der Anlagefläche des Eingriffselements anliegenden Seitenwand des Werkstücks im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des Kragens entspricht, das Eingriffselement als eine die Anlagefläche aufweisende Grundplatte mit einer den Kragen umschließenden Bohrung ausgebildet ist, und der die Grundplatte überstehende Kragen radial nach außen mit dem Rand der Bohrung der Grundplatte und dem Rand der Durchgangsöffnung in der Seitenwand verpresst wird.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verpressung des Randes sowohl der Öffnung der Grundplatte als auch der Durchgangsöffnung zwischen dem Kragen und der an der Innenseite der Seitenwand anliegenden Stirnseite der Hülse erfolgt und gleichzeitig eine Verbindung von Hülse, Seitenwand und Grundplatte mit einer hohen Verbindungsqualität erreicht wird.

Zur Verbesserung dieser Verbindungsqualität sind gemäß einer Ausgestaltung der zweitgenannten Lösung der Erfindung auf der der Anlagefläche des Eingriffselements benachbarten Stirnseite der Hülse Prägungen, vorzugsweise wenigstens ein umlaufender Wulst zum _,

6 formschlüssigen Verpressen des Kragens mit der Grundplatte und der Seitenwand vorgesehen.

Schließlich ist zur Erhöhung der Verbindungsqualität zwischen der Hülse und dem Werkstück, insbesondere dem Hohlprofil in einer letzten Ausgestaltung gemäß den beiden Lösungen der Erfindung vorgesehen, zwischen dem Flansch der Hülse und der einen Begrenzungsfläche des Werkstücks eine Klebstoffschicht einzubringen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Hohlprofil eingebrachten Gewindehülse als erstes Ausführungsbeispiel, eine schematische Schnittdarstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Hohlprofil eingebrachten Gewindehülse als zweites Ausführungsbeispiel,

Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Hohlprofil eingebrachten Gewindehülse als drittes Ausführungsbeispiel, und

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Hohlprofil eingebrachten Gewindehülse als viertes Ausführungsbeispiel.

In den Figuren 1 bis 4 besteht die Schnittdarstellung einer Fügeverbindung einer Gewindehülse 1 in einem Hohlprofil 3 bezüglich einer Symmetrieachse S aus zwei Halbschnitten A und B, die das erfindungsgemäße Verfahren zum 11 004155

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Einbringen einer Gewindehülse 1 in das Hohlprofil 3 in zwei unterschiedlichen Prozessschritten zeigt, einmal gemäß Halbschnitt A vor dem Beginn des Verfahrens und zum anderen gemäß Halbschnitt B im Zustand nach der Durchführung des Verfahrens.

Ferner sind in den Figuren 1 bis 4 identische oder gleichwirkende Elemente oder Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt in der Schnittdarstellung einer Fügeverbindung die beiden Seitenwände 3c und 3d eines Hohlprofils 3 mit einer Durchgangsbohrung 4a in der Seitenwand 3c bzw. einer Durchgangsbohrung 4b in der Seitenwand 3d, die mit identischen Durchmessern ausgeführt sind. Eine radialsymmetrische Gewindehülse 1 mit einer ein Gewinde 1c aufweisende Innenbohrung 1b ist über die Durchgangsbohrung 4a in das Hohlprofil 1 eingeführt, bis ein an einer Stirnseite der Gewindehülse 1 umlaufender Flansch 1a auf einer von der Seitenwand 3c gebildeten äußeren Begrenzungsfläche 3a anliegt. Die dem Flansch 1a gegenüberliegende Stirnfläche der Gewindehülse 1 fluchtet mit der anderen von der zweiten Seitenwand 3d gebildeten äußeren Begrenzungsfläche 3b. Die Länge der Gewindehülse 1 (ohne Flansch 1a) entspricht damit im Wesentlichen dem äußeren Abstand der beiden Seitenwände 3c und 3d. Ferner ist an dem dem Flansch 1a gegenüberliegenden Ende der Gewindehülse 1 stirnseitig ein radial nach innen sich erstreckender umlaufender Kragen 1e vorgesehen, der den Durchmesser der Innenbohrung 1 b der Gewindehülse 1 verringert.

Von der gegenüberliegenden Seite ist in die Durchgangsöffnung 4b der Seitenwand 3d ein radialsymmetrisches Eingriffselement 2 eingeführt. Dieses Eingriffselement 2 besteht aus einer scheibenförmigen Grundplatte 2c, deren zur Seitenwand 3d benachbarten Oberfläche als Anlagefläche 2a auf der äußeren Begrenzungsfläche 3b der Seitenwand 3b anliegt. Ferner ragt ein zentrisch auf der Grundplatte 2c angeordneter, zylinderförmiger und massiver Fügeabschnitt 2b in die Bohrung 1 b der Gewindehülse 1 , deren 11 004155

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Durchmesser so gewählt ist, dass dieser Fügeabschnitt 2b leicht in die durch den umlaufenden Kragen 1e der Gewindehülse 1 verkleinerte Öffnung in die Bohrung 1b der Gewindehülse 1 einführbar ist. Ferner ist auf der Grundplatte 2c ein den Fügeabschnitt 2b beabstandet umlaufender Ringabschnitt 8, in Form eines Kragens angeordnet, der zusammen mit der Grundplatte 2c und dem Fügeabschnitt 2b eine Ringnut 7 bildet, die formschlüssig den stirnseitigen Randbereich der Gewindehülse 1 umfasst.

Der äußere Durchmesser des Ringabschnittes 8 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser der Gewindehülse 1 , mit der Folge, dass der Randbereich der Gewindehülse 1 nach außen hin verjüngend an den inneren Durchmesser des Ringabschnittes 8 angepasst ist.

Auf der Innenwandung 1d der Bohrung 1b der Gewindehülse 1 ist im Bereich des Fügeabschnittes 2b eine als umlaufender Wulst 6 ausgebildete Prägung vorgesehen, so dass zwischen diesem Wulst 6 und dem Kragen 1e eine Prägenut 6a entsteht.

Diesen Zustand zeigt der Halbschnitt A, bei dem in die Bohrung 1b der Gewindehülse 1 von der Seite des Flansches 1a aus ein Prägewerkzeug 5, bestehend aus einem Schaft 5a, der in einem Stauchkopf 5b endet, eingeführt ist. Dieser Stauchkopf 5b weist gegenüber dem Schaft 5a einen etwas größeren Durchmesser auf und ist an den Durchmesser der Bohrung 1b der Gewindehülse 1 so angepasst, dass das Prägewerkzeug 5 leicht in diese Bohrung b eingeführt werden kann.

Durch eine Bewegung des Prägewerkzeugs 5 in Richtung des Fügeabschnittes 2b erfolgt dessen axiale Stauchung, so dass dieser sich in radialer Richtung plastisch verformt und dabei mit den Prägungen 6 und 6a auf der Innenwandung 1d der Gewindehülse 1 verstemmt bzw. verprägt wird. Diesen Zustand zeigt der Halbschnitt B der Figur 1. Während des EP2011/004155

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Verstemmvorganges stützt sich die Grundplatte 2c des Eingriffselements 2 gegen ein Gegenhalter (nicht dargestellt) ab.

Zur Sicherstellung einer definierten Position der Gewindehülse 1 und des Eingriffselements 2 wird zusätzlich ein Niederhalter (ebenfalls nicht dargestellt) für die Gewindehülse 1 verwendet. Um während des Verstemmvorganges ein Eindrücken der Seitenwände 3c und 3d zu verhindern, wird ein in das Hohlprofil 3 eingeschobener Kern (in Figur 1 nicht dargestellt) zu deren Abstützung verwendet, der nach Entfernung des Prägewerkzeugs 5 aus der Bohrung 1b aus dem Hohlprofil 1 wieder herausgezogen wird.

Zur Verbesserung der Verbindungsqualität zwischen der Gewindehülse 1 bzw. des Eingriffselements 2 und dem Hohlprofil 3 ist sowohl zwischen dem Flansch 1a der Gewindehülse 1 und der Begrenzungsfläche 3a der Seitenwand 3c als auch zwischen der Anlagefläche 2a des Eingriffselements 2 und der Begrenzungsfläche 3b der Seitenwand 3d jeweils eine Klebstoffschicht 9 eingebracht. Um eine definierte Dicke dieser Klebstoffschicht 9 zu erreichen, sind auf dem Flansch 1a Abstandselemente 11 vorgesehen, die bspw. als ringförmige Wülste ausgebildet sein können. In entsprechender Weise ist die Anlagefläche 2a der Grundplatte 2c des Eingriffselements 2 ebenso mit Abstandselementen 10 ausgebildet.

Die Einbringung einer Gewindehülse 1 mittels eines Eingriffselements 2 gemäß Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 dadurch, dass der Schaft 5a des Prägewerkzeugs 5 nicht über die Flanschseite der Gewindehülse 1 , sondern dieser als Zugschaft 5c bezeichnete Schaft durch eine zentrische Bohrung 12 in dem Eingriffselement 2 durchgeführt wird, die sich zentrisch durch den Fügeabschnitt 2b und die Grundplatte 2c des Eingriffselements erstreckt und die Verstemmung mittels einer von dem Hohlprofil 3 weggerichteten Bewegung durch einen Stauchkopf 5b erfolgt. Der Durchmesser dieser Bohrung 12 entspricht im Wesentlichen dem Zugschaft 5c des Prägewerkzeugs 5, so dass dieser in der Bohrung 12 leicht verschiebbar ist.

Nach dem Abschluss dieses Verstemmungsvorgangs kann das Prägewerkzeug 5 in dem Eingriffselement 2 verbleiben, da insbesondere durch die axiale Stauchung des Fügeabschnittes 2b auch der Zugschaft 5c verpresst wird. Daher weist dieser Zugschaft 5c eine Sollbruchstelle auf, die im Bereich des äußeren Randes der Öffnung 12 liegt, so dass kein Überstand durch den abgebrochenen Zugschaft 5c entsteht.

Auch bei dieser Einbringung der Gewindehülse 1 nach Figur 2 werden, wie im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, ein Gegenhalter und ein Niederhalter für die Gewindehülse 1 verwendet sowie zur Vermeidung von eingedrückten Seitenteilen 3c und 3d im Bereich der Bohrungen 4a und 4b ein Kern vor dem Verstemmen in das Hohlprofil 3 eingebracht, der nach dem Verstemmen wieder entfernt wird.

In ähnlicher Weise wird auch gemäß Figur 3 unter Zuhilfenahme von Gegen- und Niederhalter zur Fixierung der Gewindehülse 1 und des Eingriffselements 2 sowie eines Kernes für das Hohlprofil 3 eine Gewindehülse 1 mit einem Eingriffselement 2 in ein Hohlprofil 3 eingebracht. Der Unterschied zur Figur 1 besteht lediglich darin, dass der Prägestempel 5 nicht von der Flanschseite 1a der Gewindehülse 1 , an der das Gewinde 1c angeordnet ist, sondern von der gegenüberliegenden Seite, also von der Seite des Eingriffselementes 2 in die Bohrung der Gewindehülse 1 eingeführt wird, um den Fügeabschnitt 2b mit der Innenwandung 1d der Bohrung 1 b zu verstemmen.

Zur Durchführung dieses Verfahrens weist das Eingriffselement 2 entsprechend demjenigen nach Figur 2 eine zentrische Bohrung 12 auf, die an dem stirnseitigen Ende des Fügeabschnittes 2b eine nach innen abgesetzte Bohrung 12a mit geringerem Durchmesser als der Durchmesser 04155

11 der Bohrung 12 aufweist. Der Übergang zwischen diesen beiden Bohrungen 12 und 12a ist konusförmig ausgebildet. Die Verstemmung des Fügeabschnittes 2b mit der Prägung 6 und 6a auf der Innenwandung 1d der Bohrung 1 b der Gewindehülse 1 erfolgt durch Aufweitung bzw. Aufspreizung diese Fügeabschnittes 2b in radialer Richtung mittels eines Spreizkopfes 5d des Prägewerkzeugs 5. Hierzu ist dieser Spreizkopf 5d entsprechend den beiden Bohrungen 12 und 12a ausgebildet, weist also am Ende einen Abschnitt 5e mit einem dem Durchmesser der nach innen abgesetzten Bohrung 12a entsprechenden Durchmesser auf. An diesen Abschnitt 5e schließt sich mit einem konischen Übergang ein Abschnitt 5f an, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Bohrung 12 entspricht.

Damit kann der Spreizkopf 5d soweit in die Bohrung 12 eingeführt werden, bis dessen Übergang zwischen den beiden Abschnitten 5e und 5f an dem konischen Übergang der beiden Bohrungen 12 und 12a der Fügeabschnittes 2b anliegt. Diesen Zustand zeigt der Halbschnitt A nach Figur 3.

Durch weiteren Druck auf das Prägewerkzeug 5 in Richtung dessen Einführrichtung erfolgt eine Aufspreizung bzw. Aufweitung des Fügeabschnitts 2b, d. h. es erfolgt derart eine Aufweitung diese Fügeabschnittes 2b, dass sich dessen Material in die Prägung 6 und 6a verfüllt.

Die Figur 4 zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fügeverbindung einer Gewindehülse 1 mit einem Hohlprofil 3 unter Verwendung eines Eingriffselementes 2. Die Gewindehülse 1 ist massiv ausgebildet und weist einen Flansch 1a auf, wobei auf der gegenüberliegenden Stirnseite 1f eine Gewindebohrung 1b mit einem Gewinde 1c eingebracht ist. Ferner weist diese Stirnseite 1f einen die Bohrung 1 b umlaufenden Kragen 1e mit geringer Wandstärke auf, dessen innerer Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Gewindebohrung 1b entspricht. Diese Gewindehülse 1 wird in eine Durchgangsbohrung 4a einer Seitenwand 3c des Hohlprofils 3 eingeführt, bis deren Flansch 1a auf der äußeren Begrenzungsfläche 3a der Seitenwand 3c aufliegt und gleichzeitig die gegenüberliegende Stirnseite 1f der Gewindehülse 1 im Randbereich der Durchgangsbohrung 4b der gegenüberliegenden Seitenwand 3d des Hohlprofils 3 sich gegen die Innenseite anliegt, wobei der Kragen 1e von der der Durchgangsbohrung 4b in der Seitenwand 3d aufgenommen wird, diese Durchgangsbohrung 4b also im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des Kragens 1e entspricht, d. h. der Durchmesser dieser Durchgangsbohrung 4b ist kleiner als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 4a in der Seitenwand 3c.

Das als Grundplatte 2c ausgebildete Eingriffselement 2 liegt mit einer Anlagefläche 2a an der äußeren Begrenzungsfläche 3b der Seitenwand 3d an und weist eine Bohrung 12 auf, dessen Durchmesser ebenfalls dem äußeren Durchmesser des Kragens 1e entspricht, der damit von dieser Bohrung 12 umschlossen wird.

Dieser Kragen 1e dient dazu, dass er mittels eines Prägewerkzeugs 5 radial nach außen mit dem Rand der Bohrung 12 der Grundplatte 2c und dem Rand der Durchgangsöffnung 4b in der Seitenwand 3d gegen die Stirnseite 1f der Gewindehülse 1 verpresst wird, die deswegen Prägungen in Form eines Wulstes 6 bzw. einer Prägenut 6a aufweist, die den Kragen 1e bspw. kreisförmig umlaufen. Das zugehörige Prägewerkzeug 5 weist einen Stauchkopf 5b auf, dessen Ende einen Durchmesser aufweist, der demjenigen der durch den Kragen 1e gebildeten Öffnung entspricht. Über einen konusförmigen Übergang 5g schließt sich ein Schaft 5a mit einem größeren Durchmesser an, wobei dieser Übergang 5g ein kreisbogenförmiges Profil aufweist. Ein solcher Stauchkopf 5b wird in die von dem Kragen 1e gebildeten Öffnung bzw. der Gewindebohrung 1b eingeführt, bis der konusförmige Übergang 5g an dem Kragen 1e anliegt. Diesen Zustand zeigt der Halbschnitt A der Figur 4. Vor dem Einführen dieses Prägewerkzeugs 5 werden, wie im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, ein Gegenhalter und ein Niederhalter für die Gewindehülse 1 verwendet sowie zur Vermeidung von eingedrückten Seitenteilen 3c und 3d im Bereich der Bohrungen 4a und 4b ein Kern vor dem Verstemmen in das Hohlprofil 3 eingebracht, der nach dem Verstemmen wieder entfernt wird.

Durch weiteren Druck auf das Prägewerkzeug 5 in Richtung dessen Einführrichtung erfolgt eine Aufweitung des Kragens 1e sowie gleichzeitig eine Verpressung sowohl des Randbereiches der Bohrung 12 des Eingriffselements 2 als auch des Randbereichs der Durchgangsöffnung 4b der Seitenwand 3d gegen die Stirnseite 1f der Gewindehülse 1 , so dass eine plastische Verformung sowohl des Materials der Seitenwand 3d als auch des Eingriffselements 2 entsprechend der Prägung 6 und 6a erfolgt.

Damit wird die Seitenwand 3d im Randbereich deren Durchgangsbohrung 4b zwischen der Stirnseite 1f und dem Eingriffselement 2 geklemmt. Wie in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 können zwischen den Anlageflächen des Flansches 1a und der Begrenzungsfläche 3a der Seitenwand 3c bzw. der Anlagefläche 2a des Eingriffselements 2 und der Begrenzungsfläche 3b der Seitenwand 3d eine Klebeschicht eingebracht werden.

Ein weiterer Vorteil der Fügeverbindung nach Figur 4 besteht darin, dass im Falle einer Schraubanbindung, bspw. mittels einer in die Gewindebohrung 1 b eingedrehten Schraube durch die Klemmkraft diese Schraube zusätzlich auch die Seitenwand 3d im Bereich der Durchgangsöffnung 4b geklemmt und dadurch die Verbindungsqualität erhöht wird.

Die gemäß den Figuren 1 bis 4 erläuterten Verfahren zur Einbringung einer Gewindehülse 1 in ein Hohlprofil 3 können auch so ausgeführt werden, dass mittels des verwendeten Niederhalters gegen den Gegenhalter ein so hoher Druck erzeugt wird, dass die Abstandselemente 10 bzw. 11 auf der Anlagefläche 2a des Eingriffselements 2 bzw. an dem Flansch 1a der Gewindehülse 1 in die Begrenzungsflächen 3b bzw. 3a des Hohlprofils 3 eingedrückt werden und damit einen zusätzlichen Formschluss zu den Seitenwänden 3b bzw. 3d des Hohlprofils 3 herstellen, wodurch die Verbindungsqualität weiter verbessert wird.

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Bezugszeichen

1 Hülse, Gewindehülse

1a Flansch der Hülse 1

1 b Bohrung der Hülse 1

1c Gewinde der Hülse 1

1d Innenwandung der Hülse 1

1e Kragen der Hülse 1

1f Stirnseite der Hülse

2 Eingriffselement

2a Anlagefläche des Eingriffselements 2

2b Fügeabschnitt des Eingriffselements 2

2c Grundplatte des Eingriffselements 2

3 Werkstück, Hohlprofil

3a Begrenzungsfläche des Werkstücks 3

3b Begrenzungsflächen des Werkstücks 3

3c Seitenwand des Hohlprofils 3

3d Seitenwand des Hohlprofils 3

4a Durchgangsbohrung des Werkstücks 3 bzw. der Seitenwand 3c

4b Durchgangsbohrung des Werkstücks 3 bzw. der Seitenwand 3d

5 Prägewerkzeug

5a Schaft des Prägewerkzeugs

5b Stauchkopf des Prägewerkzeugs

5c Zugschaft des Prägewerkzeugs

5d Spreizkopf des Prägewerkzeugs

5e Abschnitt des Spreizkopfes 5d

5f Abschnitt des Spreizkopfes 5d

5g konusförmige Übergang des Stauchkopfes 5b

6 Prägungen auf der Innenwand 1d der Hülse

6a Prägenut

7 Ringnut auf der Grundplatte 2c Ringabschnitt auf der Grundplatte 2c

Klebstoffschicht Abstandselement des Flanschs 1a

Abstandselement der Grundplatte 2c Bohrung des Eingriffselements 2

abgesetzte Bohrung des Fügeabschnittes 2b

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Einbringen einer Hülse (1), vorzugsweise einer Gewindehülse in ein Werkstück (3) durch Einführen der Hülse (1) in eine zwei Begrenzungsflächen (3a, 3b) des Werkstücks (3) verbindende Durchgangsöffnung (4a, 4b), bei dem ein an einem Ende der Hülse (1) radial umlaufender Flansch (1a) an der einen Begrenzungsfläche (3a) anliegt und an der anderen Begrenzungsfläche (3b) eine Anlagefläche (2a) eines Eingriffselements (2) anliegt, wobei das Eingriffselement (2) mit der Hülse (1) durch einen Formschluss gefügt wird, so dass das Werkstück (3) über die beiden Begrenzungsflächen (3a, 3b) zwischen dem Flansch (1a) der Hülse (1) und der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) geklemmt wird,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Eingriffselement (2) einen teilweise in die Hülse (1) eintauchenden Fügeabschnitt (2b) aufweist, der mittels eines in die Hülse (1) eingeführten Prägewerkzeugs (5) durch plastische Verformung mit der Hülse (1) verstemmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Fügeabschnitt (2b) zylinderförmig ausgebildet ist und das Prägewerkzeug (5) als Prägestempel von der dem Eingriffselement (2) gegenüber liegenden Seite in die Hülse (1) eingeführt wird und durch axiale Stauchung des Fügeabschnittes (2b) eine Verstemmung mit der Hülse (1) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Fügeabschnitt (2b) hohlzylinderförmig derart ausgebildet ist, dass das Prägewerkzeug (5) durch eine Bohrung (12) des Eingriffselements (2) führbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur axialen Stauchung des Fügeabschnittes (2b) das Prägewerkzeug (5) einen Stauchkopf (5b) aufweist, der mit einem durch die Bohrung (12) des Eingriffselements (2) geführten Zugschaft (5c) verbunden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der hohlzylinderförmige Fügeabschnitt (2b) mittels eines mit dem Prägewerkzeug (5) verbundenen Spreizkopfes (5d) zur Verstemmung mit der Hülse (1) in radialer Richtung aufspreizbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Prägewerkzeug (4) mit dem Spreizkopf (5d) durch die Bohrung (12) des Eingriffselements (2) in den Fügeabschnitt (2b) einführbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Innenwandung (1d) der Hülse (1) Prägungen (6, 6a), vorzugsweise wenigstens einen umlaufenden Wulst zum formschlüssigen Fügen des Eingriffselements (2) mit der Hülse (1) aufweist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Eingriffselement (2) eine Grundplatte (2c) aufweist, auf der der Fügeabschnitt (2b) angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Bildung einer Ringnut (7) auf der Grundplatte (2c) des Eingriffselements (2) ein den Fügeabschnitt (2b) umlaufender Ringabschnitt (8) vorgesehen ist, und der Randbereich der Hülse (1) von dieser Ringnut (7) aufgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) und der anderen Begrenzungsfläche (3b) eine Klebstoffschicht (9) vorgesehen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zum Einbringen der Klebstoffschicht (9) zwischen der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) und der anderen Begrenzungsfläche (3b) des Werkstücks (3) die Anlagefläche (2a) mit Abstandselementen (10) ausgebildet ist

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Werkstück (3) als Hohlprofil ausgebildet ist, das in Richtung der Durchgangsöffnung (4a, 4b) von zwei die Begrenzungsflächen (3a, 3b) bildenden Seitenwänden (3c, 3d) begrenzt wird.

13. Verfahren zum Einbringen einer Hülse (1), vorzugsweise einer Gewindehülse in ein Werkstück (3) durch Einführen der Hülse (1) in eine zwei Begrenzungsflächen (3a, 3b) des Werkstücks (3) verbindende Durchgangsöffnung (4a, 4b), bei dem ein an einem Ende der Hülse (1) radial umlaufender Flansch (1a) an der einen Begrenzungsfläche (4a) anliegt und an der anderen Begrenzungsfläche (4b) eine Anlagefläche (2a) eines Eingriffselement (2) anliegt, wobei das Eingriffselement (2) mit der Hülse (1) durch einen Formschluss gefügt wird, so dass das Werkstück (3) über die beiden Begrenzungsflächen (3a, 3b) zwischen dem Flansch (1a) der Hülse (1) und der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) geklemmt wird,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

- das Werkstück (3) als Hohlprofil ausgebildet ist, das in Richtung der Durchgangsbohrung (4a, 4b) von zwei die Begrenzungsflächen (3a, 3b) bildenden Seitenwänden (3c, 3d) begrenzt wird,

- die Hülse (1) stirnseitig einen deren Bohrung (1b) umlaufenden und deren Stirnseite (1f) überstehenden Kragen (1e) aufweist,

- die Durchgangsbohrung (4b) der an der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) anliegenden Seitenwand (3d) des Werkstücks (3) im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des Kragens (1e) entspricht,

- das Eingriffselement (2) als eine die Anlagefläche (2a) aufweisende Grundplatte (2c) mit einer den Kragen (1e) umschließenden Bohrung (12) ausgebildet ist, und

- der die Grundplatte (2c) überstehende Kragen (1e) radial nach außen mit dem Rand der Bohrung (12) der Grundplatte (2c) und dem Rand der Durchgangsöffnung (4b) in der Seitenwand (3d) verpresst wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die der Anlagefläche (2a) des Eingriffselements (2) benachbarte Stirnseite (1f) der Hülse (1) mit Prägungen (6, 6a), vorzugsweise wenigstens einen umlaufenden Wulst (6) zum formschlüssigen Verpressen des Kragens (1g) mit der Grundplatte (2c) und der Seitenwand (3d) aufweist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen dem Flansch (1a) der Hülse (1) und der einen Begrenzungsfläche (3a) des Werkstücks (3) eine Klebstoffschicht (9) eingebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zum Einbringen der Klebstoffschicht (9) zwischen dem Flansch (1a) der Hülse (1) und der einen Begrenzungsfläche (3a) des Werkstücks (3) der Flansch (1a) mit Abstandselementen (11) ausgebildet ist.

17. Fügeverbindung einer Hülse (1), vorzugsweise einer Gewindehülse mit einem Werkstück (3), vorzugsweise eines Hohlprofils, hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.