EP1534448A1 - Befestigungselement, insbesondere zum blindnieten - Google Patents

Befestigungselement, insbesondere zum blindnieten

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Publication number
EP1534448A1
EP1534448A1 EP03793783A EP03793783A EP1534448A1 EP 1534448 A1 EP1534448 A1 EP 1534448A1 EP 03793783 A EP03793783 A EP 03793783A EP 03793783 A EP03793783 A EP 03793783A EP 1534448 A1 EP1534448 A1 EP 1534448A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fastening element
mandrel
head
shaft
face
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03793783A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Opper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Newfrey LLC
Original Assignee
Newfrey LLC
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Filing date
Publication date
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Application filed by Newfrey LLC filed Critical Newfrey LLC
Publication of EP1534448A1 publication Critical patent/EP1534448A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F16B37/067—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 the material of the nut being deformed by a threaded member generating axial movement of the threaded part of the nut, e.g. blind rivet type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
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    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • 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
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    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
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    • F16B19/086—Self-piercing rivets
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    • F16B19/1036—Blind rivets
    • F16B19/1045—Blind rivets fastened by a pull - mandrel or the like
    • F16B19/1054—Blind rivets fastened by a pull - mandrel or the like the pull-mandrel or the like being frangible
    • 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
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    • F16B19/08—Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/10—Hollow rivets; Multi-part rivets fastened by expanding mechanically
    • F16B19/1027—Multi-part rivets
    • F16B19/1036—Blind rivets
    • F16B19/1045—Blind rivets fastened by a pull - mandrel or the like
    • F16B19/1072—Blind rivets fastened by a pull - mandrel or the like the pull-mandrel or the like comprising a thread and being rotated with respect to the rivet, thereby mechanically expanding and fastening the rivet

Definitions

  • Fastening element especially for blind riveting
  • the invention relates to a fastening element, in particular for blind riveting, with a hollow shaft, which has a setting head at its free end, with a deformation section for forming a closing head, and with a connecting section formed within the shaft, which for forming a tension-resistant connection with a mandrel, in particular a mandrel foot of a dome, is used, the shaft end opposite the setting head being provided with a punched edge which runs essentially along the outermost circumference of the shaft or the mandrel foot.
  • a fastening element of the type specified is described in DE 101 60 771 A1.
  • the fastening element comprises a hollow shaft, which has a setting head at its free end, a deformation section for forming a shooting head, a connecting section for a tensile connection with a mandrel arranged inside the shaft, in particular a mandrel base of a dome, the shaft end having a punched edge, which extends essentially along the outermost circumference of the shank, is formed by a lateral surface and an end face of the shank end and has a projection in the center of the end face which protrudes from the plane in which the punching edge lies on the side facing away from the setting head.
  • Blind rivets provided with a hollow shaft, which has a setting head at its free end, with a deformation section to form a
  • Closing head with a mandrel inside the shaft, a mandrel head and one Has thorn foot, the thorn foot is at least tensile connected to a shaft end opposite the setting head and has a punched edge which runs essentially along the outermost jacket of the thorn foot and is formed by a lateral surface and an end face of the thorn foot, and wherein in the center of the end face Projection is provided which protrudes from the plane in which the punching edge lies on the side facing away from the setting head.
  • the mandrel is part of the fastening element, while in the first variant the mandrel can be part of the fastening element as well as part of a tool, in particular a setting device, and can be reused for further setting processes.
  • the design according to the invention leads to an improvement in the punching of the rivet hole in the workpiece. Due to the protrusion arranged in the end face, the part to be punched out is somewhat deformed in the direction of the die forming the counter bearing before the cutting process begins. As a result, the increase in force when the fastening element hits the workpiece is damped and the fastening element is stabilized in its position relative to the workpiece against lateral deflection.
  • the deformation of the workpiece is also effective on the die side and, when using a die which has a plurality of segments which can be moved transversely to the workpiece, ensures improved centering of the segments to the punched edge of the fastening element. Overall, there is a better design of the cut surface on the workpiece, so that the surface of the shank of the fastening element which subsequently penetrates into the punching opening is not damaged.
  • the formation of the punched edge according to the invention has the further advantage that the separated punched slugs do not adhere to the punched edge and can therefore be disposed of well.
  • the projection of the fastening element according to the invention preferably has such a shape and size that the separated punching slugs automatically detach and do not adhere to the end face.
  • the lead can be increased by a level of be offset from the end face, but the end face can also transition smoothly from the punched edge into the projection.
  • a design has proven to be very advantageous in which the end face of a shape which conforms to a conical surface or a pyramid surface which tapers in the punching direction has a shape, the center of the end face being either flat or pointed.
  • the height of the projection measured from the plane in which the punched edge lies is 2.5% to 5% of the diameter or average diameter of the punched edge. Furthermore, it is advantageous if the end face forms an included angle of 93 ° to 96 ° with one another at least in its area adjacent to the punching edge and the peripheral surface. Such a design favors the formation of a smooth cutting surface with a blunt cutting edge in the workpiece without any appreciable effect on the level of the punching forces.
  • the shaft end or the mandrel foot of the fastening element has a higher strength, in particular hardened, at least in the area of the punched edge. This measure ensures a perfect punch cut and a smooth cut surface even for workpieces that are made of a firmer material; deformations of the punched edge that can impair the punching process are avoided.
  • the fastening element according to the invention is hollow on the inside, so that a mandrel can be pushed through the setting head and the deformation section in order to achieve an at least tensile connection between the mandrel foot and the shaft end.
  • a punching hole is punched into the workpiece while the fastening element is pressed through a workpiece.
  • the force for punching must be transmitted to the shaft end by means of the dome, since the deformation section cannot transmit this force. Due to the design of the fastening element according to the invention, the punching forces which act on the workpiece are kept small and such a smooth cutting surface with a blunt cutting edge is achieved in the workpiece that the surface of the shaft penetrating into the punching opening is not damaged,
  • the deformation section is deformed by pulling the shaft end in the direction of the setting head with the aid of the dome, which is inserted into the hollow shaft and with which a tensile connection is established with the connection section.
  • a closing head is formed by the deformation of the deformation section.
  • the deformation section is either made of softer material than the setting head or the shaft end or with the aid of a suitable shape, e.g. designed to be more easily deformable due to thinner wall thicknesses and / or openings and / or folds in the deformation section.
  • connections can be achieved with a blind rivet that can absorb higher tensile and shear forces.
  • the punch riveting process requires ductile material on the die side, which must also have a certain minimum thickness. This is disadvantageous in mixed building structures.
  • the invention combines this advantage with the further advantage that no pre-drilled holes have to be sought into which the fastening element is inserted.
  • chips are avoided by drilling holes. The self-punching of the fastening element results in a hole reveal that brings about particularly advantageous properties of the rivet connection with regard to the maximum absorbable tensile and shear forces.
  • the force required for punching the punching hole for the fastening element can be transmitted to the workpiece, on the one hand, the shaft end is pulled in the direction of the setting head with the help of the dome. If a part of the deformation section protrudes from the back of the workpiece, it is deformed by pulling on the mandrel, that is to say in particular widened. If the deformation section does not protrude on the back, it is located in the Inside the workpiece, the deformation section in the interior of the workpiece is deformed and, due to its widening, causes jamming, ie in particular a non-positive connection between the fastening element and the workpiece.
  • Figure 1 shows a fastener according to the invention with a mandrel which is punched into a workpiece.
  • Fig. 2 shows a process flow according to the invention, in which the
  • a fastener including a mandrel is set by a fastener setting device in a workpiece;
  • Fig. 3 shows a riveted joint according to the invention, an additional part using the
  • Dome is attached to the workpiece
  • Fig. 4 shows a detail of a device according to the invention for setting a fastener with a fastener
  • Fig. 6 shows an inventive fastener with a closed bottom.
  • FIG. 1 shows a fastening element 1 according to the invention with a hollow shaft 27 which has a setting head 4, a deformation section 2 and a shaft end 3 with a punched edge 6 and an internal thread 5, into which a mandrel 7 with a mandrel head 23 and a mandrel foot 24 is screwed ,
  • the tensile connection between the dome 7 and the shaft 27 is established by a connecting section 28.
  • the connecting section 28 is formed by an internal thread 5 in the shaft 27.
  • the internal thread 5 is screwed into an external thread 29 on the mandrel 7.
  • the fastening element 1 is punched through a first workpiece 8 and a second workpiece 9, both workpieces 8, 9 being designed as sheets lying one on top of the other. are.
  • the fastening element 1 punches its own punch hole 11 through the workpieces 8, 9.
  • the shaft end 3 and part of the deformable section 2 are located on the rear side 10 of the second workpiece 9.
  • the deformation section 2 has a smaller wall thickness than the shaft end 3.
  • the mandrel 7 has a mandrel head 23 with which, on the one hand, additional parts 22, as shown in FIG. 3, can be fastened and on which the mandrel 7 can be pulled in the direction of the setting head 4.
  • the setting head 4 lies firmly on the first workpiece 8.
  • the shaft 27 has a cylindrical lateral surface 26 and at its shaft end 3 an annular end surface 25, which together form the punched edge 6.
  • End face 25 is an end face 32, which is formed on the mandrel foot 24.
  • Both end faces 25, 32 merge smoothly into one another and together form a flat conical surface, the tip of which protrudes outwards on the central axis of the cathedral
  • the end face 32 forms, in particular with its tip, a projection which protrudes from the plane in which the punching edge 6 lies, on the side of the fastening element 1 remote from the setting head, and strikes the workpiece during the punching process before the punching edge 6 hits the workpiece reached.
  • the inclination of the conical surface formed by the end faces 25, 32 is dimensioned such that the
  • End face 25 with the lateral surface 26 forms an included angle X of 93 ° to 96 °.
  • FIG. 2 describes a process sequence for setting a fastening element 1 according to the invention.
  • a mandrel 7 is screwed into the fastening element 1 held by a holding tool 13.
  • the fastening element 1 is placed on a first workpiece 8, which is to be connected to a second workpiece 9.
  • the position of the fastening element 1 relative to the workpieces 8, 9 is detected by means of position determination 19.
  • the workpieces 8, 9 are first placed on a die 14 which has a disposal channel 17 for punched-out stamped parts 18.
  • the fastening element 1 is then placed onto the first workpiece 8 with the aid of the holding tool 13 such that the shaft end 3 of the fastening element 1 contacts the first workpiece 8 with the tip of the end face 32.
  • stamp 12 With the aid of a stamp 12, a force directed against the workpieces 8, 9 is then exerted on the mandrel 7 and the shaft end 3 is pressed through the workpieces 8, 9.
  • the workpieces 8, 9 are first deformed in the region of the projecting end face 32 and then with. Cut through the punching edge 6.
  • both the holding tool 13 and a pulling tool 15 are carried along.
  • Stamped-out stamped parts 18 fall into the disposal channel 17, where they are then disposed of, preferably with the aid of an overpressure or underpressure air line.
  • the die 14 is then removed from the workpieces 8, 9, so that the end of the shaft or the protruding deformation section is free.
  • the die can be removed if it is flexible in the radial direction, as shown in the main patent.
  • the pulling tool 15 then pulls on the mandrel 7, the holding tool 13 pressing the setting head against the first workpiece 8.
  • the deformation section 2 is deformed by the pulling, whereas the shaft end 3 is not plastically deformed.
  • the pulling and punching are monitored and the movement of the pulling and / or holding tool is controlled with the data recorded by the force sensors 21.
  • the mandrel 7 can be unscrewed from the fastening element 1 or used to fasten an additional part.
  • FIG. 3 shows a riveted joint produced in the manner described, the fastening element 1 being deformed in its deformation section 2.
  • an additional part 22 which can be a holder, is attached to the workpieces 8, 9.
  • the workpieces 8, 9 are firmly clamped between the setting head 4 and the deformation section 2.
  • FIG. 4 shows a detailed view of the device for setting the fastening element 1.
  • the fastening element 1 is held with the aid of the holding tool 13 on the mandrel 7 screwed into the fastening element 1.
  • the traction tool 15 grips the mandrel 7 on its mandrel head 23.
  • the punch 12 presses on the mandrel head 23 of the mandrel 7.
  • the workpieces 8, 9 are arranged between the fastening element 1 and the die 14, the die 14 being from the rear 10 of the second Workpiece 9, the force which is transmitted from the punch 12 via the mandrel 7 to the workpieces 8, 9.
  • FIG. 5 shows an alternative fastening element 1a with a mandrel 7 which is stamped into two workpieces 8, 9.
  • the punching hole 11 was punched into the workpieces 8, 9 with the punching edge 6, which is formed on the mandrel foot 24.
  • the punched edge 6 is formed by a cylindrical lateral surface 34 and a flat end surface 32 of the mandrel base 24 and has a sharp, essentially rectangular shape.
  • a projection 33 which is offset by a step and which deforms the workpiece before cutting.
  • the mandrel 7 can be withdrawn, so that the deformation section 2 is first deformed and then the mandrel head 23 tears off the mandrel foot 24 at a predetermined breaking point 25.
  • the tensile connection between the mandrel 7 and the shaft 7 is established by the connecting section 28.
  • FIG. 6 shows a fastening element 1 b with a hollow cylindrical shaft 27, the bore of which is closed by a base 35 on the shaft end 3 opposite the setting head 4.
  • the shaft end 3 forms a connecting section 28, which is provided with an internal thread 5.
  • the internal thread 5 serves for screwing in a tool mandrel, which transmits the punching force for penetrating a workpiece and the setting force for deforming the deformation area 2 onto the fastening element 1b.
  • the tool mandrel is removed and a screw for fastening a component is screwed into the internal thread 5.
  • the bottom 35 of the fastening element 1 b is provided on its outside with a conical end face 25 which, together with the cylindrical outer surface 26, forms an obtuse-angled punched edge 6.
  • the angle of the punched edge 6 is denoted by X and is preferably 93 ° to 96 °.
  • Fastening element 27 shank a fastening element 28 connecting section b fastening element 29 external thread

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem Setzkopf (4), einem Deformationsabschnitt (2) und einem Schaftende (3), wobei zwischen dem Setzkopf (4) und dem Schaftende (3) der Deformationsabschnitt (2) angeordnet ist und das Befestigungselement (1) innen hohl ist, ggf. mit einem Dorn (7) innerhalb des Befestigungselements (1), der ein Dornkopf (23) und einen mit dem Schaftende (3) zumindest zugfest verbundenen Dornfuss (24) aufweist. Das Schaftende (3) ist mit einer Stanzkante (6) versehen, die im wesentlichen entlang des äussersten Umfanges des Schaftendes (3) verläuft und von einer Mantelfläche (26) und einer Stirnfläche (25) des Schaftendes (3) gebildet ist. Im Zentrum der Stirnfläche (25) ist ein Vorsprung vorgesehen, der aus der Ebene, in der die Stanzkante (6) liegt, auf der dem Setzkopf (4) abgekehrten Seite hervorsteht. Der Vorsprung kann durch eine Kegelfläche oder eine Pyramidenfläche gebildet sein.

Description

Befestigungselement, insbesondere zum Blindnieten
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf aufweist, mit einem Defor- mationsabschnitt zur Ausbildung eines Schließkopfes, und mit einem innerhalb des Schaftes ausgebildeten Verbindungsabschnitt, der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit einem Dorn, insbesondere einem Dornfuß eines Domes, dient, wobei das dem Setzkopf entgegengesetzte Schaftende mit einer Stanzkante versehen ist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfangs des Schaftes bzw. des Dornfußes verläuft.
Ein Befestigungselement der angegebenen Art ist in DE 101 60 771 A1 beschrieben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verarbeitungseigenschaften eines derartigen Befestigungselements zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 2 oder ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement umfaßt einen hohlen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf aufweist, einen Deformationsabschnitt zur Ausbildung eines Schiießkopfes, einen Verbindungsabschnitt zur zugfesten Verbindung mit einem innerhalb des Schaftes angeordneten Dorn, insbesondere einem Dornfuß eines Doms, wobei das Schaftende eine Stanzkante aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes verläuft, von einer Mantelfläche und einer Stirnfläche des Schaftendes gebildet ist und im Zentrum der Stirnfläche einen Vorsprung hat, der aus der Ebene, in der die Stanzkante liegt, auf der dem Setzkopf abgekehrten Seite hervorsteht.
Alternativ ist ein erfindungsgemäßes Befestigungselement, insbesondere zum
Blindnieten, vorgesehen mit einem hohlen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf aufweist, mit einem Deformationsabschnitt zur Ausbildung eines
Schließkopfes, mit einem Dorn innerhalb des Schaftes, der einen Dornkopf und einen Dornfuß aufweist, wobei der Dornfuß mit einem dem Setzkopf entgegengesetzten Schaftende zumindest zugfest verbunden ist und eine Stanzkante aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Mantel des Dornfußes verläuft und von einer Mantelfläche und einer Stirnfläche des Dornfußes gebildet ist, und wobei im Zentrum der Stirnfläche ein Vorsprung vorgesehen ist, der aus der Ebene, in der die Stanzkante liegt, auf der dem Setzkopf abgekehrten Seite hervorsteht.
Bei dieser zweiten Variante ist der Dorn ein Teil des Befestigungselementes, während bei der ersten Variante der Dorn sowohl Teil des Befestigungselementes als auch ein Teil eines Werkzeugs, insbesondere einer Setzvorrichtung, sein kann Und für weitere Setzvorgänge wiederverwendet werden kann.
Bei beiden Varianten des Befestigungselementes führt die erfindungsgemäße Gestaltung zu einer Verbesserung beim Stanzen des Nietloches im Werkstück. Durch den in der Stirnfläche angeordneten Vorsprung wird das auszustanzende Teil vor Beginn des Schneidvorgangs in Richtung der das Gegenlager bildenden Matrize etwas verformt. Hierdurch wird der Kraftanstieg beim Auftreffen des Befestigungselementes auf das Werkstück gedämpft und das Befestigungselement in seiner Lage gegenüber dem Werkstück gegen seitliches Ausweichen stabilisiert. Die Verformung des Werk- Stückes ist auch auf der Matrizenseite wirksam und sorgt bei Verwendung einer Matrize, die mehrere, quer zum Werkstück bewegbare Segmente aufweist, für eine verbesserte Zentrierung der Segmente zur Stanzkante des Befestigungselementes. Insgesamt ergibt sich eine bessere Ausbildung der Schnittfläche am Werkstück, so daß die Oberfläche des anschließend in die Stanzöffnung eindringenden Schafts des Befestigungselementes nicht beschädigt wird.
Dies ist wichtig, damit der Oberflächenschutz des Befestigungselements nicht beeinträchtigt wird. Ebenso wird eine Bildung von Rissen in der Nähe des gestanzten Stanzloches vermieden, womit die Qualität der Nietverbindung verbessert wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Stanzkante hat weiterhin den Vorteil, daß die abgetrennten Stanzbutzen nicht an der Stanzkante haften und sich daher gut entsorgen lassen.
Der Vorsprung des erfindungsgemäßen Befestigungselementes hat vorzugsweise eine solche Formgestalt und Größe, daß sich die abgetrennten Stanzbutzen selbsttätig lösen und nicht an der Stirnfläche haften bleiben. Der Vorsprung kann durch eine Stufe von der Stirnfläche abgesetzt sein, die Stirnfläche kann aber auch von der Stanzkante in den Vorsprung stufenlos übergehen. Als sehr vorteilhaft hat sich eine Gestaltung erwiesen, bei der die Stirnfläche eines sich an eine Kegelfläche oder eine Pyramidenfläche, die sich in Stanzrichtung verjüngen, anschmiegende Form hat, wobei das Zentrum der Stirnfläche entweder flach oder auch spitz ausgeführt sein kann.
Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die von der Ebene, in der die Stanzkante liegt, ausgehend gemessene Höhe des Vorsprungs 2,5 % bis 5 % des Durchmessers oder mittleren Durchmessers der Stanzkante beträgt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Stirnfläche zumindest in ihrem an die Stanzkante angrenzenden Bereich und die Umfangsfläche einen eingeschlossenen Winkel von 93° bis 96° miteinander bilden. Durch eine solche Ausbildung wird ohne nennenswerte Auswirkung auf die Höhe der Stanzkräfte die Ausbildung einer glatten Schnittfläche mit stumpfer Schnittkante im Werkstück begünstigt.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Schaftende oder der Dornfuß des Befestigungselementes zumindest im Bereich der Stanzkante eine höhere Festigkeit hat, insbesondere gehärtet ist. Durch diese Maßnahme wird auch bei Werkstücken, die aus einem festeren Werkstoff bestehen, ein einwandfreier Stanzschnitt und eine glatte Schnittfläche gewährleistet, Verformungen der Stanzkante, die den Stanzvorgang beeinträchtigen können, werden vermieden.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist innen hohl, damit ein Dorn durch den Setzkopf und den Deformationsabschnitt durchgesteckt werden kann, um eine zumindest zugfeste Verbindung von Dornfuß und Schaftende zu erreichen. Mit der Stanzkante wird, während das Befestigungselement durch ein Werkstück gedrückt wird, ein Stanzloch in das Werkstück gestanzt. Dabei muß allerdings die Kraft zum Stanzen mittels des Doms in das Schaftende übertragen werden, da der Deformationsabschnitt diese Kraft nicht übertragen kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Befestigungselements werden die Stanzkräfte, die auf das Werkstück einwirken, klein gehalten und es wird im Werkstück eine solchermaßen glatte Schnittfläche mit stumpfer Schnittkante erzielt, daß die Oberfläche des in die Stanzöffnung eindringenden Schafts nicht beschädigt wird,
Bei Verwendung einer das Werkstück beim Stanzvorgang abstützenden Matrize, die mehrere quer zum Werkstück bewegbare Segmente aufweist, hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, daß durch die erfindungsgemäße Form der Stirnfläche eine bessere Zentrierung der Segmente zur Stanzkante vor dem Schneidvorgang erreicht werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Befestigungselement wird eine Nietverbindung erzielt, die einer Blindnietverbindung ähnelt, weil die Ausbildung des Schließkopfes durch Zugkräfte erfolgt. Da für den Stanzvorgang ein zweiseitiger Zugang zum Werkstück erforderlich ist, handelt es sich hierbei jedoch nicht um einen reinen Blindnietvorgang.
Der Deformationsabschnitt wird deformiert, indem das Schaftende mit Hilfe des Domes, der in den hohlen Schaft eingeführt wird und mit dem eine zugfeste Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt hergestellt wird, in Richtung des Setzkopfes gezogen wird. Durch die Deformation des Deformationsabschnitts wird ein Schließkopf ausgebildet. Mit dem Schließkopf können beispielsweise zwei Werkstücke miteinander verbunden werden. Der Deformationsabschnitt wird entweder aus weicherem Material als der Setzkopf bzw. das Schaftende gefertigt oder mit Hilfe einer geeigneten Formgebung, z.B. durch dünnere Wandstärken und/oder Öffnungen und/oder Faltungen im Deformationsabschnitt, leichter deformierbar ausgestaltet.
Gegenüber einem Stanzniet sind mit einem Blindniet Verbindungen erzielbar, die höhere Zug- sowie Scherkräfte aufnehmen können. Außerdem benötigt das Stanznietverfahren duktiles Material auf der Matrizenseite, welches zudem eine bestimmte Mindestdicke haben muß. Dieses ist bei Mischbaustrukturen nachteilig. Durch die Erfindung wird dieser Vorteil mit dem weiteren Vorteil kombiniert, daß keine vorgebohrten Löcher aufgesucht werden müssen, in die das Befestigungselement gesteckt wird. Darüber hinaus werden anfallende Späne durch Bohren von Löchern vermieden. Durch das Selbststanzen des Befestigungselements wird eine Lochlaibung erzielt, die besonders vorteilhafte Eigenschaften der Nietverbindung hinsichtlich der maximal aufnehmbaren Zug- und Scherkräfte bewirkt.
Mit Hilfe des Doms kann zum einen die für das Stanzen des Stanzloches für das Befestigungselement erforderliche Kraft auf das Werkstück übertragen werden, zum anderen wird mit Hilfe des Doms das Schaftende in Richtung des Setzkopfes gezogen. Ragt ein Teil des Deformationsabschnittes auf der Rückseite des Werkstückes hervor, wird er durch Ziehen am Dorn deformiert, d.h. insbesondere verbreitert. Ragt der Deformationsabschnitt nicht auf der Rückseite hervor, sondern befindet er sich im Inneren des Werkstückes, wird der Deformationsabschnitt im Inneren des Werkstückes deformiert und bewirkt durch seine Verbreiterung eine Verklemmung, d.h. insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Befestigungselement und Werkstück.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist als spezielles, exemplarisches Beispiel der Erfindung zu verstehen, welche die Erfindung in ihrer Bedeutung nicht einschränken soll. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Befestigungselement mit einem Dorn, das in ein Werkstück eingestanzt ist;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, bei dem das
Befestigungselement, das einen Dorn enthält, von einer Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselements in ein Werkstück gesetzt wird;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Nietverbindung, wobei ein Zusatzteil mit Hilfe des
Doms am Werkstück befestigt ist;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselements mit einem Befestigungselement und einem
Werkstück kurz bevor das Befestigungselement gesetzt wird;
Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Befestigungselement mit einem Dorn mit
Dornfuß, an dem die Stanzkante ausgebildet ist;
Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Befestigungselement mit geschlossenem Boden.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Befestigungselement 1 mit einem hohlen Schaft 27, der einen Setzkopf 4, einen Deformationsabschnitt 2 und ein Schaftende 3 mit einer Stanzkante 6 und einem Innengewinde 5 aufweist, in das ein Dorn 7 mit einem Dornkopf 23 und einem Dornfuß 24 geschraubt ist. Die zugfeste Verbindung zwischen dem Dom 7 und dem Schaft 27 wird durch einen Verbindungsabschnitt 28 hergestellt. Der Verbindungsabschnitt 28 wird durch ein Innengewinde 5 im Schaft 27 gebildet. Das Innengewinde 5 wird in ein Außengewinde 29 am Dorn 7 geschraubt, Das Befestigungselement 1 ist durch ein erstes Werkstück 8 und ein zweites Werkstück 9 durchgestanzt, wobei beide Werkstücke 8, 9 als aufeinander liegende Bleche ausgestal- tet sind. Das Befestigungseiement 1 stanzt sein eigenes Stanzloch 11 durch die Werkstücke 8, 9. Das Schaftende 3 und ein Teil des deformierbaren Abschnitts 2 befindet sich auf der Rückseite 10 des zweiten Werkstücks 9. Der Deformationsabschnitt 2 hat gegenüber dem Schaftende 3 eine geringere Wandstärke. Der Dorn 7 weist einen Dornkopf 23 auf, mit dem zum einen Zusatzteile 22, wie in Figur 3 gezeigt, befestigt werden können und an dem der Dorn 7 in Richtung des Setzkopfes 4 gezogen werden kann. Der Setzkopf 4 liegt auf dem ersten Werkstück 8 fest auf.
Der Schaft 27 hat eine zylindrische Mantelfläche 26 und an seinem Schaftende 3 eine ringförmige Stirnfläche 25, die miteinander die Stanzkante 6 bilden. Im Zentrum der
Stirnfläche 25 befindet sich eine Stirnfläche 32, die an dem Dornfuß 24 ausgebildet ist.
Beide Stirnflächen 25, 32 gehen stufenlos ineinander über und bilden gemeinsam eine flache Kegelfläche, deren nach außen vorstehende Spitze auf der Mittelachse des Doms
7 liegt. Die Stirnfläche 32 bildet auf diese Weise insbesondere mit ihrer Spitze einen Vorsprung, der aus der Ebene, in der die Stanzkante 6 liegt, auf der dem Setzkopf abgekehrten Seite des Befestigungselementes 1 hervorsteht und beim Stanzvorgang auf das Werkstück auftrifft, bevor die Stanzkante 6 das Werkstück erreicht. Die Neigung der von den Stirnflächen 25, 32 gebildeten Kegelfläche ist so bemessen, daß die
Stirnfläche 25 mit der Mantelfläche 26 einen eingeschlossenen Winkel X von 93° bis 96° bildet.
Die Figur 2 beschreibt einen Verfahrensablauf des Setzens eines erfindungsgemäßen Befestigungselements 1. In dem von einem Haltewerkzeug 13 gehaltenen Befestigungselement 1 ist ein Dorn 7 eingeschraubt. Mit Hilfe von Mitteln zum Bewegen 19 wird das Befestigungselement 1 auf ein erstes Werkstück 8 aufgesetzt, welches mit einem zweiten Werkstück 9 verbunden werden soll. Die Lage des Befestigungselements 1 relativ zu den Werkstücken 8, 9 wird mit Hilfe von Mitteln zur Positionsbestimmung 19 erfaßt. Die Werkstücke 8,9 werden zunächst auf eine Matrize 14 aufgelegt, welche einen Entsorgungskanal 17 für ausgestanzte Stanzteile 18 aufweist. Anschließend wird das Befestigungselement 1 mit Hilfe des Haltewerkzeugs 13 so auf das erste Werkstück 8 aufgesetzt, daß das Schaftende 3 des Befestigungselements 1 mit der Spitze der Stirnfläche 32 das erste Werkstück 8 kontaktiert. Mit Hilfe eines Stempels 12 wird anschließend eine gegen die Werkstücke 8, 9 gerichtete Kraft auf den Dorn 7 ausgeübt und das Schaftende 3 durch die Werkstücke 8, 9 gedrückt. Bei diesem Vorgang werden zunächst die Werkstücke 8, 9 im Bereich der vorspringenden Stirnfläche 32 verformt und anschließend mit. Hilfe der Stanzkante 6 durchschnitten. Während der Bewegung des Stempels 12 werden sowohl das Haltewerkzeug 13 als auch ein Zugwerkzeug 15 mitgeführt. Ausgestanzte Stanzteile 18 fallen in den Entsorgungskanal 17, wo sie dann entsorgt werden, vorzugsweise mit Hilfe von einer Über- oder Unterdruckluftleitung. Anschließend wird die Matrize 14 von den Werkstücken 8, 9 entfernt, so daß das Schaftende bzw. der herausstehende Deformationsabschnitt frei ist. Das Entfernen der Matrize kann unterbleiben, wenn diese in radialer Richtung nachgiebig ausgeführt ist, wie im Hauptpatent gezeigt. Daraufhin zieht das Zugwerkzeug 15 am Dorn 7, wobei das Haltewerkzeug 13 den Setzkopf gegen das erste Werkstück 8 preßt. Durch das Ziehen wird der Deformationsabschnitt 2 deformiert, wohingegen das Schaftende 3 nicht plastisch verformt wird. Mit Hilfe von Kraftsensoren 21 wird das Ziehen sowie das Stanzen überwacht und mit den von den Kraftsensoren 21 erfaßten Daten die Bewegung des Zug- und/oder des Haltewerkzeugs gesteuert. Schließlich kann der Dorn 7 aus dem Befestigungselement 1 herausgeschraubt werden oder zur Befestigung eines Zusatzteils verwendet werden.
Figur 3 zeigt eine auf die beschriebene Weise hergestellte Nietverbindung, wobei das Befestigungselement 1 in seinem Deformationsabschnitt 2 deformiert ist. Mit Hilfe des Doms 7 und dem Dornkopf 23 wird ein Zusatzteil 22, welches eine Halterung sein kann, an den Werkstücken 8, 9 befestigt. Die Werkstücke 8, 9 sind zwischen dem Setzkopf 4 und dem Deformationsabschnitt 2 fest eingespannt.
Figur 4 zeigt eine Detailansicht der Vorrichtung zum Setzen des Befestigungselements 1. Das Befestigungselement 1 wird mit Hilfe des Haltewerkzeugs 13 an dem im Befesti- gungselement 1 eingeschraubten Dorn 7 gehalten. Das Zugwerkzeug 15 faßt den Dorn 7 an seinem Dornkopf 23. Der Stempel 12 drückt auf den Dornkopf 23 des Doms 7. Die Werkstücke 8, 9 sind zwischen dem Befestigungselement 1 und der Matrize 14 angeordnet, wobei die Matrize 14 von der Rückseite 10 des zweiten Werkstücks 9 die Kraft, welche von dem Stempel 12 über den Dorn 7 auf die Werkstücke 8, 9 übertragen wird, aufnimmt.
Figur 5 zeigt ein alternatives Befestigungselements 1a mit einem Dorn 7, das in zwei Werkstücke 8, 9 eingestanzt ist. Das Stanzloch 11 wurde mit der Stanzkante 6, die am Dornfuß 24 ausgebildet ist, in die Werkstücke 8, 9 gestanzt. Die Stanzkante 6 wird durch eine zylindrische Mantelfläche 34 und eine ebene Stirnfläche 32 des Dornfußes 24 gebildet und hat eine scharfe, im wesentlichen rechtwinkelige Form. Im Zentrum der Stirnf lache 32 ist ein durch eine Stufe abgesetzter Vorsprung 33 vorgesehen, der das Werkstück vor dem Schneiden verformt. Mit Hilfe des Dornkopfes 23 kann der Dorn 7 zurückgezogen werden, so daß zunächst der Deformationsabschnitt 2 deformiert wird und anschließend der Dornkopf 23 an einer Sollbruchstelle 25 vom Dornfuß 24 abreißt. Die zugfeste Verbindung zwischen Dorn 7 und dem Schaft 7 wird durch den Verbindungsabschnitt 28 hergestellt.
Figur 6 zeigt ein Befestigungselement 1 b mit einem hohlzylindrischen Schaft 27, dessen Bohrung an dem dem Setzkopf 4 entgegengesetzten Schaftende 3 durch einen Boden 35 verschlossen ist. Das Schaftende 3 bildet einen Verbindungsabschnitt 28, der mit einem Innengewinde 5 versehen ist. Das Innengewinde 5 dient zum Einschrauben eines Werkzeugdorns, der die Stanzkraft zum Durchdringen eines Werkstückes und die Setzkraft zum Verformen des Deformationsbereiches 2 auf das Befestigungselement 1 b überträgt. Nach dem Setzen wird der Werkzeugdorn entfernt und in das Innengewinde 5 eine Schraube zum Befestigen eines Bauteils eingeschraubt. Der Boden 35 des Befestigungselementes 1 b ist auf seiner Außenseite mit einer kegligen Stirnfläche 25 versehen, die gemeinsam mit der zylindrischen Mantelfläche 26 eine stumpfwinklige Stanzkante 6 bildet. Der Winkel der Stanzkante 6 ist mit X bezeichnet und beträgt vorzugsweise 93° bis 96°.
Befestigungselement 27 Schaft a Befestigungselement 28 Verbindungsabschnitt b Befestigungselement 29 Außengewinde
Deformationsabschnitt 30 Schließkopf
Schaftende 31 Dornkern
Setzkopf 32 Stirnfläche
Innengewinde 33 Vorsprung
Stanzkante 34 Mantelfläche
Dorn 35 Boden erstes Werkstück zweites Werkstück X Winkel 0 Rückseite 1 Stanzloch 2 Stempel 3 Haltewerkzeug 4 Matrize 5 Zugwerkzeug 6 Gegenkraftstruktur 7 Entsorgungskanal 8 Stanzteil 9 Mittel zum Bewegen 0 Mittel zur Positionsstimmung 1 Kraftsensoren 2 Zusatzteil 3 Dornkopf 4 Dornfuß 5 Stirnfläche 6 Mantelfläche

Claims

Ansprüche
1. Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) aufweist, mit einem
Deformationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, und mit einem innerhalb des Schaftes (27) ausgebildeten Verbindungsabschnitt (28), der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit einem Dorn (7), insbesondere einem Dornfuß (24) eines Domes (7), dient, wobei das dem Setzkopf (4) entgegenge- setzte Schaftende (3) mit einer Stanzkante (6) versehen ist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes (27) verläuft und von einer Mantelfläche (26) und einer Stirnfläche (25) des Schaftendes (3) gebildet ist, und wobei im Zentrum der Stirnfläche (25) ein Vorsprung vorgesehen ist, der aus der Ebene, in der die Stanzkante (6) liegt, auf der dem Setzkopf (4) abgekehrten Seite hervorsteht.
2. Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) aufweist, mit einem Deformationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, mit einem Dorn (7) innerhalb des Schaftes (27), der einen Dornkopf (23) und einen Dornfuß (24) aufweist, wobei der Dornfuß (24) mit einem dem Setzkopf (4) entgegengesetzten Schaftende (3) zumindest zugfest verbunden ist, wobei das Schaftende (3) eine Stanzkante (6) aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes (27) verläuft und von einer Mantelfläche (26) und einer Stirnfläche (25) des Schaftendes (3) gebildet ist, und wobei im Zentrum der Stirnfläche (25) ein Vorsprung vorgesehen ist, der aus der Ebene, in der die Stanzkante (6) liegt, auf der dem Setzkopf (4) abgekehrten Seite hervorsteht.
3. Befestigungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Setzkopf (4) entgegengesetzte Schaftende (3) offen ist und der Vorsprung an dem Dornfuß (24) angeordnet ist.
4. Befestigungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Setzkopf (4) entgegengesetzte Schaftende (3) geschlossen ist und mit einem Boden (35) den Vorsprung bildet.
5. Befestigungselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Schaftes (27) ein Verbindungsabschnitt (28) ausgebildet ist, der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit dem Dorn (7), insbesondere dem Dornfuß (24) des Domes (7), dient.
6. Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) aufweist, mit einem Deformationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, mit einem Dorn (7) innerhalb des Schaftes (27), der einen Dornkopf (23) und einen Dornfuß (24) aufweist, wobei der Dornfuß (24) mit einem dem Setzkopf (4) entgegengesetzten
Schaftende (3) zumindest zugfest verbunden ist und eine Stanzkante (6) aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Dornfußes (24) verläuft und von einer Mantelfläche (34) und einer Stirnfläche (32) des Dornfußes (24) gebildet ist, und wobei im Zentrum der Stirnfläche (32) ein Vorsprung (33) vorgesehen ist, der aus der Ebene, in der die Stanzkante (6) liegt, auf der dem Setzkopf (4) abgekehrten Seite hervorsteht,
7. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (33) durch eine Stufe von der Stirnfläche abgesetzt ist.
8. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (25) stufenlos von der Stanzkante (6) in den Vorsprung übergeht.
9. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ebene, in der die Stanzkante liegt, ausgehend gemessene Höhe des Vorsprungs 2,5% bis 5% des Durchmessers bzw. mittleren Durchmessers der Stanzkante beträgt.
10. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (25, 32) eine sich an eine Kegelfläche oder eine Pyramidenfläche, die sich in Stanzrichtung verjüngen, anschmiegende Form hat.
11. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Befestigungselements (1) im wesentlichen kreisförmig ist.
12. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (25) und die Mantelfläche (26) einen eingeschlossenen Winkel von 93° bis 96° miteinander bilden.
13. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Befestigungselements (1) im wesentlichen polygonal ist.
14. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dornkopf (23) verbreitert ist.
15. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaftende (3) oder der Dornfuß (24) zumindest im Bereich der Stanzkante (6) eine höhere Festigkeit hat, insbesondere gehärtet ist.
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