ES3033774T3 - Functional element, assembly component and method for producing an assembly component - Google Patents

Abstract

Un elemento funcional (10) para presionar en una pieza de trabajo (50), en particular en una pieza de chapa metálica, comprende una sección funcional (11) y una sección de fijación (13) con una superficie de tope (15) para aplicar una fuerza de presión en el elemento funcional (10), una superficie de contacto con la pieza de trabajo (17) opuesta a la superficie de tope (15), que puede ponerse en contacto con la pieza de trabajo (50) y que está diseñada en particular como una brida, y una región de sellado (19) ubicada en una dirección axial y/o una dirección radial del elemento funcional (10) entre la superficie de contacto con la pieza de trabajo (17) y la sección funcional (11) para recibir el material desplazado de la pieza de trabajo (50), región de sellado que forma una superficie de contacto (21) para el material desplazado con el fin de sellar una conexión entre el elemento funcional (10) y la pieza de trabajo (50), donde la superficie de contacto (21) tiene una primera superficie parcial (23) que discurre oblicuamente a la dirección axial del elemento funcional (10) y converge cuando se observa en un dirección de presión del elemento funcional (10), y tiene una segunda superficie parcial (25) que se une a la primera superficie parcial (23), discurre oblicuamente a la dirección axial del elemento funcional (10) y diverge cuando se observa en la dirección de presión del elemento funcional (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Elemento funcional, componente de ensamblaje y procedimiento para fabricar un componente de ensamblaje

La invención se refiere a un elemento funcional para introducir a presión en una pieza de trabajo, en particular en una pieza de chapa, un componente de ensamblaje, que presenta una pieza de trabajo con un orificio, en particular una pieza de chapa, y un elemento funcional de este tipo, así como un procedimiento para fabricar el componente de ensamblaje.

Los elementos funcionales de este tipo presentan por regla general una sección funcional, que a su vez sirve para la fijación de componentes adicionales. Se utilizan ampliamente en la industria del automóvil, entre otras.

Los elementos funcionales pueden ser elementos de perno, cuyo vástago puede estar provisto de una rosca, o elementos de tuerca que presentan, por ejemplo, una rosca interior.

Se conocen elementos funcionales en las más diversas realizaciones. Por un lado, existen por ejemplo elementos de remache, que presentan una sección de remache que se deforma cuando se fija en una pieza de chapa para formar un reborde remachado y con una parte de cabeza para formar un alojamiento anular para el borde de un orificio en la pieza de chapa. Por lo tanto, en este tipo de elementos de remache, el elemento funcional se deforma cuando se fija en la pieza de chapa. Además, se conocen elementos a introducir a presión, en los que el propio elemento no se deforma intencionadamente cuando se fija en una pieza de chapa, sino que se deforma el material de la chapa propiamente dicha, para hacerlo engranar en los destalonamientos del elemento de introducir a presión correspondiente. Un elemento funcional adecuado para el introducirlo a presión se conoce, por ejemplo, por el documento US 8,734,071 B2.

Para estanqueizar las uniones entre elementos funcionales y piezas de trabajo, en particular piezas de chapa, se aplica habitualmente un revestimiento destinado a este fin a las partes de los elementos funcionales que entran en contacto con la pieza de trabajo. La aplicación se lleva a cabo en una etapa de fabricación independiente, lo que supone un mayor esfuerzo y, por lo tanto, un aumento de los costes y del tiempo necesario. Además, esta solución también provoca un mayor impacto ambiental debido al revestimiento.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un elemento funcional y un componente de ensamblaje con los que pueda conseguirse una unión estanca con relativamente poco esfuerzo y un impacto medioambiental reducido en comparación con las soluciones conocidas anteriormente.

Este objetivo se consigue mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Un elemento funcional según un primer aspecto de la invención es adecuado para ser introducido a presión en una pieza de trabajo, en particular en una pieza de chapa, y comprende una sección funcional y una sección de fijación con una superficie de tope para aplicar una fuerza de introducción a presión al elemento funcional, una superficie de contacto de la pieza de trabajo opuesta a la superficie de tope, que puede ponerse en contacto con la pieza de trabajo y que está configurada en particular en forma de brida, y una zona de estanqueidad situada en una dirección axial y/o una dirección radial del elemento funcional entre la superficie de contacto de la pieza de trabajo y la sección funcional para recibir material desplazado de la pieza de trabajo. La zona de estanqueidad forma una superficie de presión de contacto para el material desplazado para estanqueizar una unión entre el elemento funcional y la pieza de trabajo, presentando la superficie de presión de contacto una primera superficie parcial que se extiende oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional y que converge vista en una dirección de introducción a presión del elemento funcional, y una segunda superficie parcial, que está dispuesta a continuación de la primera superficie parcial, se extiende oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional y diverge vista en la dirección de introducción a presión del elemento funcional, y presentando la sección de fijación un saliente que delimita la zona de estanqueidad en la dirección axial y que presenta un primer flanco orientado hacia la zona de estanqueidad, así como un segundo flanco orientado no hacia la zona de estanqueidad, extendiéndose los flancos oblicuamente y con inclinaciones diferentes o iguales con respecto a la dirección axial. La primera superficie parcial y la segunda superficie parcial están configuradas de forma cónica. La primera superficie parcial está unida a la segunda superficie parcial por una zona de transición redondeada, y el primer flanco y el segundo flanco están unidos entre sí por una sección de unión en la que el saliente presenta un diámetro constante.

La segunda superficie parcial está dispuesta directamente a continuación de la primera superficie parcial.

Por la primera superficie parcial convergente y la segunda superficie parcial divergente, que está dispuesta a continuación de la primera superficie parcial, queda formada la superficie de presión de contacto, que está configurada de tal manera que el material desplazado de la pieza de trabajo puede presionarse de forma óptima contra la superficie de presión de contacto para conseguir un alto nivel de estanqueidad.

En particular, el elemento funcional puede ser un perno a presión, especialmente un tornillo de ajuste a presión con una brida, o un elemento de tuerca, que se utilizan preferentemente con piezas de chapa dúctil para facilitar el proceso de ajuste a presión. A este respecto, el vástago del perno a presión presenta preferentemente una rosca exterior y forma la sección funcional. El elemento de tuerca presenta por el contrario preferentemente una rosca interior que forma la sección funcional. En lugar de las roscas, también pueden estar previstas otras características que sean adecuadas, por ejemplo, para la fijación de otro componente o para proporcionar otra funcionalidad. La sección funcional también puede estar configurada, por secciones o en su totalidad, como espiga lisa o como orificio liso. La sección de fijación es la sección del elemento funcional con la que el elemento funcional se fija en la pieza de trabajo.

La dirección de introducción a presión se refiere a la dirección en la que el elemento funcional se introduce a presión en la pieza de chapa. En particular, la dirección de introducción a presión puede discurrir en el sentido de la dirección axial del elemento funcional, concretamente preferentemente desde la superficie de tope en dirección a la superficie de contacto de la pieza de trabajo. Recomendablemente, y para que la aplicación de la fuerza sea eficaz, la superficie de tope y/o la superficie de contacto de la pieza de trabajo se extienden preferentemente de forma aproximadamente perpendicular a la dirección de introducción a presión.

La sección funcional y la sección de fijación están configuradas preferentemente de una sola pieza. El elemento funcional y/o la pieza de trabajo pueden ser de metal. Sin embargo, el concepto de acuerdo con la invención también puede implementarse en el caso de elementos y/o piezas de trabajo hechos de otros materiales.

En principio, el elemento funcional puede ser autopunzante. En las reivindicaciones, la descripción y los dibujos adjuntos se indican formas de realización ventajosas.

Preferentemente, la primera superficie parcial está inclinada entre 20° y 40°, en particular aproximadamente 30°, con respecto a la dirección axial. Como resultado, la primera superficie parcial presenta una inclinación relativamente pequeña con respecto a la dirección axial, de modo que el material de la pieza de trabajo puede presionarse de forma estanca contra la primera superficie parcial.

En una configuración preferida, la segunda superficie parcial está inclinada entre aproximadamente 50° y aproximadamente 70°, en particular aproximadamente 60°, con respecto a la dirección axial. Como resultado, la segunda superficie parcial está inclinada de forma comparativamente fuerte con respecto a la dirección axial, por lo que mediante la segunda superficie parcial también puede formarse un destalonamiento, además de la función de estanqueidad. De este modo, el elemento funcional queda sujetado de forma segura en la pieza de trabajo.

En particular, la primera superficie parcial y la segunda superficie parcial pueden extenderse de forma aproximadamente perpendicular una con respecto a la otra.

El hecho de que la primera superficie parcial y la segunda superficie parcial estén configuradas de forma cónica, forman respectivamente una superficie contra la que puede presionarse de forma estanca el material de la pieza de trabajo.

La primera superficie parcial está unida a la segunda superficie parcial por una zona de transición redondeada, para evitar espacios huecos en la transición de la primera superficie parcial a la segunda superficie parcial y las faltas de estanqueidad resultantes. El radio de la curvatura de la zona de transición puede estar comprendido, en particular, entre 0,5 mm o menos, en particular entre 0,25 mm y 0,35 mm.

En particular, el saliente puede estar previsto en particular de forma continua en la dirección circunferencial en el vástago de un elemento funcional configurado como elemento de perno y también puede denominarse labio. Preferentemente, el saliente sobresale radialmente hacia fuera y comprende al menos el primer flanco y el segundo flanco. En particular, el primer flanco puede formar al menos una parte de la superficie de presión de contacto, en particular la segunda superficie parcial.

El saliente forma un destalonamiento que termina la zona de estanqueidad y sujeta firmemente el elemento funcional en la pieza de trabajo. De este modo, el material desplazado de la pieza de trabajo puede quedar encerrado en la dirección axial entre la superficie de contacto de la pieza o la superficie de presión de contacto, por un lado, y el saliente, por otro. Al mismo tiempo, el saliente, en particular el primer flanco, también puede formar una parte de la superficie de presión de contacto, para conseguir un elevado efecto de estanqueidad.

Preferentemente, el primer flanco está más inclinado con respecto a la dirección axial que el segundo flanco. De este modo se mejora, por un lado, el efecto del destalonamiento, es decir, la sujeción del elemento funcional en la pieza de trabajo y, por otro lado, al introducirse el elemento funcional a presión en la pieza de trabajo en la dirección de introducción a presión en la que sobresale el segundo flanco, se facilita la inserción del elemento funcional.

En particular, el primer flanco puede estar inclinado entre aproximadamente 50° y 70°, en particular aproximadamente 60°, con respecto a la dirección axial.

En una configuración preferida, el segundo flanco está inclinado entre aproximadamente 15° y aproximadamente 35°, en particular aproximadamente 25°, con respecto a la dirección axial.

El primer flanco y el segundo flanco están unidos entre sí por una sección de unión en la que el saliente presenta un diámetro constante, de modo que la configuración del saliente puede adaptarse a las circunstancias, en particular a un espesor de chapa de la pieza de trabajo, sin perjudicar la función de los flancos. En esta forma de realización, la sección de unión discurre por lo tanto en la dirección axial. Preferentemente, la sección de unión puede extenderse a lo largo de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 70 %, en particular a lo largo de aproximadamente el 40 %, de la extensión axial del saliente.

En particular, la sección de fijación, por ejemplo la superficie de contacto de la pieza de trabajo, presenta al menos una característica de protección contra giro. Preferentemente, están previstas varias características de protección contra giro, que están distribuidas de manera uniforme, por ejemplo en la dirección axial y/o circunferencial. Mediante las características de protección contra giro puede garantizarse que una unión entre el elemento funcional y la pieza de trabajo pueda soportar una carga de par aplicada posteriormente a través de la sección funcional. Los elementos de protección contra giro pueden estar dispuestos en una depresión o una ranura circunferencial de la sección de fijación, en particular una cabeza del elemento funcional, que comprende la superficie de tope y/o la superficie de contacto de la pieza de trabajo.

Los elementos de protección contra giro pueden estar configurados como nervaduras o ranuras que se extienden radial y/o axialmente. En particular, los elementos de protección contra giro están dispuestos uniformemente y se extienden en una dirección radial a distancias angulares iguales entre sí.

La superficie de contacto de la pieza de trabajo puede presentar una depresión, en particular una depresión anular, pudiendo extenderse la primera superficie parcial al interior de la depresión y/o convertirse en ella.

Según una forma de realización, la superficie de contacto de la pieza de trabajo presenta, adicional o alternativamente a la depresión, una elevación. Vista en sección transversal, la elevación puede tener forma de cuña, al menos por secciones. La forma de cuña desciende preferentemente hacia la primera superficie parcial. La primera superficie parcial puede convertirse en la elevación.

Una función de la elevación puede ser favorecer el desplazamiento de material de la pieza de trabajo hacia la zona de estanqueidad en una interacción del elemento con la pieza de trabajo.

Las características de protección contra giro, si están presentes, pueden estar dispuestas en la depresión y/o en la elevación.

En particular, la depresión puede estar orientada en la dirección opuesta a la dirección en la que se introduce a presión el elemento funcional, de modo que el material de la pieza de trabajo se desplaza al menos parcialmente al interior de la depresión durante la introducción a presión y se presiona allí, en particular, contra la primera superficie parcial de la superficie de presión de contacto.

En una configuración ventajosa, la superficie de contacto de la pieza de trabajo se continúa en la primera superficie parcial.

La invención también se refiere a un componente de ensamblaje que presenta una pieza de trabajo, en particular una pieza de chapa, habiéndose introducido a presión un elemento funcional según al menos una de las formas de realización descritas anteriormente en un orificio preformado en la pieza de trabajo o en un orificio punzonado por el elemento funcional. El elemento funcional de acuerdo con la invención se ha introducido a este respecto a presión en el orificio de tal manera que el material de la pieza desplazado por la introducción a presión o después de la introducción a presión se reciba en la zona de estanqueidad y se adosa de forma estanca contra la superficie de presión de contacto.

En particular, el material desplazado de la pieza de trabajo se adosa contra el saliente o envuelve el saliente al menos parcialmente o por completo.

Un espesor de la pieza de trabajo puede ser menor o esencialmente igual a una extensión axial de la zona de estanqueidad, al menos en la zona del orificio.

Alternativamente, sin embargo, un espesor de la pieza de trabajo también puede ser mayor o esencialmente igual a una extensión axial de la zona de estanqueidad, al menos en la zona del orificio.

Según otro aspecto, la invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de un componente de ensamblaje de acuerdo con la invención, que comprende las siguientes etapas:

- proporcionar un elemento funcional de acuerdo con la invención,

- proporcionar una pieza de trabajo, en particular una pieza de chapa, y

- insertar el elemento funcional en un orificio preformado en la pieza de trabajo o en un orificio punzonado por el elemento funcional y aplicar una fuerza de introducción a presión a la superficie de tope, de modo que la superficie de contacto de la pieza de trabajo entra en contacto con la pieza de trabajo, y

- desplazamiento del material de la pieza de trabajo hacia la zona de estanqueidad, de modo que el material es presionado contra la superficie de presión de contacto para crear una unión estanca entre el elemento funcional y la pieza de trabajo.

Según una forma de realización, el elemento funcional es autopunzante, por lo que no es necesario preperforar la pieza.

El material puede desplazarse presionando una matriz contra una superficie de la pieza de trabajo no orientada hacia la superficie de contacto de la pieza de trabajo. La matriz está configurada a este respecto adecuadamente para desplazar el material de la pieza de trabajo hacia la zona de estanqueidad, de modo que el material es presionado contra la superficie de presión de contacto para crear una unión estanca entre el elemento funcional y la pieza de trabajo.

En particular, la pieza descansa durante el procedimiento en un soporte, que comprende una matriz adecuada. La fuerza de introducción a presión aplicada también se utiliza para desplazar el material. Sin embargo, también es posible presionar la matriz durante o después de la inserción del elemento funcional en el orificio y/o la aplicación de la fuerza de introducción a presión contra la superficie de la pieza de trabajo no orientada hacia la superficie de contacto de la pieza de trabajo para desplazar el material de la pieza de trabajo.

El material de la pieza de trabajo también puede ser desplazado por los componentes de la cabeza del elemento durante la introducción a presión.

La invención se explica a continuación con la ayuda de formas de realización ventajosas meramente a modo de ejemplo. En los dibujos, que ilustran esquemáticamente los ejemplos de realización, muestran

la figura 1 una vista en perspectiva de un elemento funcional configurado como perno a presión según un ejemplo de realización,

la figura 2 otra vista en perspectiva del elemento funcional de la figura 1,

la figura 3a una vista en semicorte del elemento funcional de la figura 1,

la figura 3b una vista detallada de la zona A según la figura 3a,

la figura 4 una vista detallada de una zona de estanqueidad de un elemento funcional configurado como perno a presión según otro ejemplo de realización,

la figura 5 una vista detallada de una zona de estanqueidad de un elemento funcional configurado como perno a presión según otro ejemplo de realización,

la figura 6a una vista en semicorte de un componente de ensamblaje según un ejemplo de realización con un perno a presión como elemento funcional,

la figura 6b una vista detallada de la zona B según la figura 6a,

la figura 7a una vista en semicorte de un componente de ensamblaje según otro ejemplo de realización con un perno a presión como elemento funcional,

la figura 7b una vista detallada de la zona C según la figura 7a,

la figura 8a una vista en semicorte de un componente de ensamblaje según otro ejemplo de realización con un perno a presión como elemento funcional,

la figura 8b una vista detallada de la zona D según la figura 8a,

la figura 9 una vista en perspectiva de un elemento funcional configurado como elemento de tuerca según un ejemplo de realización no de acuerdo con la invención,

la figura 10 otra vista en perspectiva del elemento funcional de la figura 9,

la figura 11a una vista en semicorte del elemento funcional de la figura 9,

la figura 11b una vista detallada de la zona E según la figura 11a,

la figura 12a una vista en semicorte de un componente de ensamblaje según un ejemplo de realización no de acuerdo con la invención con un elemento de tuerca como elemento funcional y

la figura 12b una vista detallada de la zona F según la figura 12a.

Las figuras 1 y 2 muestran respectivamente un elemento funcional 10 configurado como un perno a presión con brida, y las figuras 9 y 10 muestran un elemento funcional 10 configurado como un elemento de tuerca, que presentan una sección funcional 11 y una sección de fijación 13. La sección de fijación 13 es la sección del elemento funcional 10 con la que el elemento funcional 10 se fija en una pieza de trabajo 50, que se describirá con más detalle más adelante. Los elementos funcionales 10 presentan respectivamente una cabeza 43. El elemento funcional 10 configurado como perno a presión según las figuras 1 y 2 presenta además un vástago 41 en el que está configurada una rosca 45 (rosca exterior). En el elemento funcional 10 configurado como elemento de tuerca está prevista una rosca interior 45 (véase la figura 11a).

El respectivo cabezal 43 presenta una superficie de tope 15 para aplicar una fuerza de introducción a presión al elemento funcional 10 y una superficie de contacto de la pieza de trabajo 17 a modo de brida opuesta a la superficie de tope 15. En una dirección axial y/o una dirección radial del elemento funcional 10, entre la superficie de contacto de la pieza de trabajo 17 y la sección funcional 11 se encuentra una zona de estanqueidad 19, que presenta una superficie de presión de contacto 21 para material desplazado de la pieza de trabajo 50 para estanqueizar una unión entre el elemento funcional 10 y la pieza de trabajo 50.

El vástago 41 del elemento 10 de las figuras 1 y 2 se extiende desde el lado opuesto a la superficie de tope 15. Sin embargo, también es posible disponer el vástago en la superficie de tope 15 (en este caso, la misma sería anular en el caso de un vástago con sección transversal circular). Con una configuración por lo demás inalterada de la sección de fijación 13, la zona de estanqueidad 19 se encuentra en este caso en una vista axial también entre la superficie de contacto de la pieza de trabajo 17 y la sección funcional 11.

La configuración de la superficie de presión de contacto 21 se ilustra en las figuras 3a a 5. Comprende una primera superficie parcial cónica 23, que se extiende oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional 10 y converge vista en una dirección de introducción a presión E del elemento funcional 10, y una segunda superficie parcial cónica 25, que se encuentra entre la primera superficie parcial 23 y la sección funcional 11 vista en la dirección de introducción a presión E, que está dispuesta a continuación de la primera superficie parcial 23 mediante una zona de transición redondeada 27, que se extiende también oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional 10 y diverge vista en la dirección de introducción a presión E del elemento funcional 10. Concretamente, la primera superficie parcial 23 puede estar inclinada entre aproximadamente 20° y aproximadamente 40°, en particular aproximadamente 30°, con respecto a la dirección axial, y la segunda superficie parcial 25 puede estar inclinada entre aproximadamente 50° y aproximadamente 70°, en particular aproximadamente 60°, con respecto a la dirección axial. Como puede verse por ejemplo en la figura 3b y en la figura 4, las dos superficies parciales 23, 25 pueden discurrir aproximadamente en ángulo recto una con respecto a la otra. Alternativamente, el ángulo entre las superficies parciales 23, 25, como se muestra en la figura 5, también puede ser mayor de 90°, por ejemplo hasta de 135°.

Como ilustra el ejemplo de realización de las figuras 11a a 12b, la superficie de presión de contacto 21 del elemento funcional 10 configurado como elemento de tuerca también comprende una primera superficie parcial 23 y una segunda superficie parcial cónica 25, que está dispuesta a continuación de la primera superficie parcial 23 mediante una zona de transición 27, que discurre oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional 10 y diverge vista en la dirección de introducción a presión E del elemento funcional 10. En el presente ejemplo, la primera superficie parcial 23 discurre aproximadamente en paralelo a la dirección de introducción a presión E, aunque el elemento funcional 10 también estar configurado de tal forma que la primera superficie parcial 23 discurre oblicuamente con respecto a la dirección axial y converge vista en la dirección de introducción a presión E, como se indica en la figura 11b con líneas discontinuas.

La dirección de introducción a presión E se refiere a este respecto a la dirección en la que el elemento funcional 10 se introduce a presión en la pieza de chapa 50 conforme a lo previsto. La dirección de introducción a presión E discurre en paralelo a la dirección axial del elemento funcional 10 desde la superficie de tope 15 en dirección a la superficie de contacto de la pieza 17, discurriendo la superficie de tope 15 y la superficie de contacto de la pieza 17 aproximadamente perpendicularmente a la dirección de introducción a presión E.

La superficie de presión de contacto 21, y concretamente la primera superficie parcial 23, se extiende al interior de una depresión (anular) 39 de los elementos 10 realizada en la cabeza 43 según las figuras 1 a 8b y se continúa allí en la superficie de contacto de la pieza 17. En la depresión 39 están configuradas varias nervaduras que se extienden radialmente como elementos de protección contra giro 37. La depresión 39 está orientada además en la dirección opuesta a la dirección de ajuste a presión E del elemento funcional 10, de modo que el material de la pieza de trabajo 50 puede desplazarse al menos parcialmente al interior de la depresión 39 durante la introducción a presión, ciñéndose a este respecto a la primera superficie parcial 23.

El elemento 10 mostrado en las figuras 9 a 11b no presenta esta depresión 39. En su lugar, está prevista una elevación en forma de cuña 40, que desciende radialmente hacia el interior y se continúa en la primera superficie parcial 23 mediante una sección de transición redondeada 28. En el ejemplo de realización mostrado, la superficie 23 presenta características de protección contra giro 37 en forma de nervaduras axiales distribuidas uniformemente en la dirección circunferencial. La elevación presenta preferentemente también características de protección contra giro 37, en este caso, a modo de ejemplo, unas ranuras radiales distribuidas uniformemente en la dirección circunferencial.

La depresión 39 y la elevación 40 descritas anteriormente pueden combinarse en caso necesario -incluso de forma modificada- y realizarse tanto en un elemento de tuerca como en un elemento de perno.

La sección de fijación 13 comprende además un saliente 29 que se extiende radialmente hacia fuera a lo largo de toda su circunferencia y que delimita la zona de estanqueidad 19 en dirección axial. El saliente 29 presenta un primer flanco 31 orientado hacia la zona de estanqueidad 19, en el que está configurada la segunda superficie parcial 25 de la superficie de presión de contacto 21, y un segundo flanco 33, no orientado hacia la zona de estanqueidad 19. A diferencia del elemento de tuerca, el saliente 29 del elemento funcional 10 configurado como perno a presión, presenta además una sección de unión 35, que une los dos flancos 31, 33 entre sí. El diámetro del saliente 29 varía a lo largo de su extensión axial y, visto en la dirección de introducción a presión E, aumenta en la zona del primer flanco 31, permanece constante en la zona de la sección de unión 35 y disminuye en la zona del segundo flanco 33. Por lo tanto, los flancos 31, 33 discurren oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional 10.

Como muestra en particular la figura 4, el primer flanco 31 puede estar más inclinado respecto a la dirección axial que el segundo flanco 33. Esto da lugar, por un lado, a una configuración especialmente efectiva de la superficie de presión de contacto 21 y a un destalonamiento eficiente por el saliente 29. Por otro lado, un ajuste o inclinación comparativamente reducida del segundo flanco 33 facilita la inserción del saliente 29 en el orificio formado.

Alternativamente, el saliente 29 puede estar configurado de forma aproximadamente simétrica, dando lugar a una inclinación igual de los flancos 31, 33 con respecto a la dirección axial (véase por ejemplo la figura 3b), o el primer flanco 31 puede estar menos inclinado con respecto a la dirección axial que el segundo flanco 33, como se muestra por ejemplo en la figura 5. Concretamente, el primer flanco 31 puede estar inclinado ventajosamente entre aproximadamente 50° y aproximadamente 70°, en particular aproximadamente 60°, con respecto a la dirección axial, y el segundo flanco 33 puede estar inclinado entre aproximadamente 15° y aproximadamente 35°, en particular aproximadamente 25°, con respecto a la dirección axial.

La interacción del elemento funcional 10 con la pieza de trabajo 50 se ilustra en particular en las figuras 6a a 8b y en las figuras 12a y 12b, que muestran respectivamente un componente de ensamblaje 100 de acuerdo con la presente invención. Como se muestra, la pieza de trabajo 50 está configurada respectivamente a modo de ejemplo como pieza de chapa con propiedades preferentemente dúctiles. La pieza de trabajo 50 presenta respectivamente una superficie 51, contra la que se adosa la superficie de contacto de la pieza 17 del elemento funcional 10, y una superficie 53 en un lado opuesto de la pieza de trabajo 50. La pieza de trabajo 50 mostrada respectivamente en las figuras 6a, 6b, 7a, 7b y 8a, 8b presenta espesores crecientes T<50>para ilustrar que el concepto de acuerdo con la invención puede utilizarse en piezas de trabajo con una amplia variedad de propiedades.

El elemento funcional 10 se ha introducido respectivamente a presión en un orificio formado previsto en la pieza de trabajo 50, por ejemplo un taladro o un orificio prepunzonado, de modo que el material desplazado de la pieza de trabajo 50 se recibe en la zona de estanqueidad 19 y -si está presente- en la depresión 39 y se adosa de forma estanca contra la superficie de presión de contacto 21. Esto se simplifica gracias a la disposición oblicua de la primera superficie parcial 23, ya que el material no tiene que introducirse a presión en la zona de estanqueidad 19 con una profundidad tal para entrar en contacto plano con ella. A este respecto, el material desplazado de la pieza de trabajo 50 se adosa contra el saliente 29, dependiendo del espesor T<50>de la pieza de trabajo 50, (figura 6b, figura 8b, figura 12b) o incluso lo envuelve por completo (figura 7b). Como resultado, el elemento funcional 10 de acuerdo con la invención permite la fabricación de componentes de ensamblaje 100 excelentemente estanqueizados, concretamente independientemente de un espesor T<50>de la respectiva pieza de trabajo 50.

Los componentes de ensamblaje 100 mostrados en la figura 6a a la figura 7b pueden fabricarse, en particular, como sigue:

En primer lugar, se proporciona un elemento funcional 10 de acuerdo con la invención y una pieza de trabajo 50, en particular una pieza de chapa, en la que se ha realizado un orificio formado. A continuación, el elemento funcional 10 se inserta en el orificio formado, de modo que la superficie de contacto de la pieza 17 queda orientada hacia la superficie 51.

A este respecto, se aplica una fuerza de introducción a presión a la superficie de tope 15, que hace que la superficie de contacto de la pieza de trabajo 17 entre en contacto con la pieza de trabajo 50. Esta fuerza de introducción a presión puede utilizarse para forzar el material de la pieza de trabajo 50 al interior de la zona de estanqueidad 19 y presionarlo contra la superficie de presión de contacto 21. Con este fin, puede estar prevista una matriz no representada en las figuras en la superficie 53 no orientada hacia la superficie de contacto de la pieza 17. Gracias a la fuerza de introducción a presión se introduce a presión un punzón de la matriz en la superficie 53, formándose una ranura anular 55 en una zona de la pieza de trabajo 50 adyacente al orificio. Al introducir el punzón de la matriz a presión en la pieza de trabajo 50 en una zona adyacente al orificio, se desplaza por consiguiente material de la pieza de trabajo 50, que fluye hacia la zona de estanqueidad 19 y se ciñe a este respecto a la superficie de presión de contacto 21.

En principio, también es concebible insertar en primer lugar el elemento 10 en la pieza de trabajo 50 y efectuar la etapa de desplazamiento del material mediante la matriz en una etapa separada y/o posterior.

En el componente de ensamblaje 100 de las figuras 8a, 8ab, el desplazamiento del material no se efectúa mediante una matriz con punzón, sino que la superficie 53 de la pieza de trabajo 50 descansa en una superficie de apoyo que es esencialmente plana en la zona alrededor del orificio. El material se desplaza en este caso por introducirse la cabeza 43 parcialmente a presión en la superficie 51. Debido a la superficie de apoyo plana, el material no puede desviarse hacia abajo y, por lo tanto, se fuerza al interior de la zona de estanqueidad 19 hasta que asiente de forma plana y, por lo tanto, estanca contra la primera superficie parcial 23.

En el componente de ensamblaje 100 mostrado en las figuras 12a, 12ab, el desplazamiento del material se efectúa mediante la elevación 40. La cabeza 43 no se introduce a presión en la pieza de trabajo 50, sino que solo es presionado contra su superficie 51 hasta que la superficie de contacto de la pieza 17 asiente contra la misma. A este respecto, la elevación 40 penetra en la pieza de trabajo 50. Su forma de cuña que desciende radialmente hacia el interior favorece un desplazamiento dirigido del material hacia la zona de estanqueidad 19.

Se entiende que los conceptos de desplazamiento de material descritos anteriormente pueden combinarse si resulta útil en el respectivo caso de aplicación.

Los ejemplos de realización mostrados y descritos en este caso tienen en común que proporcionan un elemento funcional o un componente de ensamblaje que permite una unión estanca de un componente de ensamblaje con poco esfuerzo y sin medios de estanqueidad adicionales. El elemento funcional puede adaptarse a las condiciones que se dan en cada caso mediante una elección adecuada de la configuración, en particular de la disposición espacial, la extensión y/o la inclinación, de la primera y segunda superficie parcial, del primer y segundo flanco, de la sección de transición y/o de la sección de unión.

Los ejemplos de realización descritos anteriormente se refieren a elementos funcionales que pueden insertarse en piezas de trabajo preperforadas. Sin embargo, también es posible que estos elementos estén configurados de forma autopunzante, en particular elementos de tuerca o elementos de perno cuyo vástago se extiende desde la superficie de tope. Para este fin, su sección de fijación puede estar provista de un borde de punzonado orientado hacia la pieza de trabajo.

Lista de referencias

10 Elemento funcional

11 Sección funcional

13 Sección de fijación

15 Superficie de tope

17 Superficie de contacto de la pieza de trabajo

19 Zona de estanqueidad

21 Superficie de presión de contacto

23 Primera superficie parcial

25 Segunda superficie parcial

27 Zona de transición

29 Saliente

28 Sección de transición

31 Primer flanco

33 Segundo flanco

35 Sección de unión

37 Característica de protección contra giro

39 Depresión

40 Elevación

41 Vástago

43 Cabeza

45 Rosca

50 Pieza de trabajo

51 Superficie

53 Superficie

55 Ranura anular

100 Componente de ensamblaje

E Dirección de introducción a presión

T<50>Espesor de la pieza

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Elemento funcional (10) para introducir a presión en una pieza de trabajo (50), en particular en una pieza de chapa, que comprende

una sección funcional (11) y

una sección de fijación (13) con

una superficie de tope (15) para aplicar una fuerza de introducción a presión al elemento funcional (10), una superficie de contacto de la pieza de trabajo (17) opuesta a la superficie de tope (15), que puede ponerse en contacto con la pieza de trabajo (50) y que está configurada en particular a modo de brida, y

una zona de estanqueidad (19) situada en dirección axial y/o radial del elemento funcional (10) entre la superficie de contacto de la pieza de trabajo (17) y la sección funcional (11) para recibir material desplazado de la pieza de trabajo (50), que forma una superficie de presión de contacto (21) para el material desplazado para estanqueizar una unión entre el elemento funcional (10) y la pieza de trabajo (50),

presentando la superficie de presión de contacto (21) una primera superficie parcial (23) que se extiende oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional (10) y que converge vista en una dirección de introducción a presión (E) del elemento funcional (10), y una segunda superficie parcial (25), que está dispuesta a continuación de la primera superficie parcial (23), se extiende oblicuamente con respecto a la dirección axial del elemento funcional (10) y diverge vista en la dirección de introducción a presión (E) del elemento funcional (10),

y presentando la sección de fijación (13) un saliente (29) que delimita la zona de estanqueidad (19) en la dirección axial y que presenta un primer flanco (31) orientado hacia la zona de estanqueidad (19), así como un segundo flanco (33) orientado en sentido contrario a la zona de estanqueidad (19), extendiéndose los flancos oblicuamente y con inclinaciones diferentes o iguales con respecto a la dirección axial,

caracterizado por quela primera superficie parcial (23) y la segunda superficie parcial (25) están configuradas de forma cónica, la primera superficie parcial (23) está unida a la segunda superficie parcial (25) por una zona de transición redondeada (27) y por que el primer flanco (31) y el segundo flanco (33) están unidos entre sí por una sección de unión (35) en la que el saliente (29) presenta un diámetro constante.

2. Elemento funcional (10) según la reivindicación 1,

caracterizado por quela primera superficie parcial (23) está inclinada entre aproximadamente 20° y aproximadamente 40°, en particular aproximadamente 30°, con respecto a la dirección axial, y/o la segunda superficie parcial (25) está inclinada entre aproximadamente 50° y aproximadamente 70°, en particular aproximadamente 60°, con respecto a la dirección axial.

3. Elemento funcional (10) según las reivindicaciones 1 o 2,

caracterizado por quela primera superficie parcial (23) y la segunda superficie parcial (25) se extienden aproximadamente en ángulo recto una con respecto a la otra.

4. Elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado por queel primer flanco (31) está más inclinado con respecto a la dirección axial que el segundo flanco (33).

5. Elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado por queel primer flanco (31) está inclinado entre aproximadamente 50° y aproximadamente 70°, en particular aproximadamente 60°, con respecto a la dirección axial y/o el segundo flanco (33) está inclinado entre aproximadamente 15° y aproximadamente 35°, en particular aproximadamente 25°, con respecto a la dirección axial.

6. Elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado por queel primer flanco (31) forma al menos una parte de la superficie de presión de contacto (21).

7. Elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado por quela superficie de contacto de la pieza de trabajo (17) presenta una depresión (39), en particular una depresión anular, extendiéndose la primera superficie parcial (23) preferentemente al interior de la depresión (39), y/o por que la superficie de contacto de la pieza de trabajo (17) presenta una elevación (40), estando configurada la elevación (40) vista en sección transversal en particular al menos parcialmente en forma de cuña y/o convirtiéndose en particular la primera superficie parcial (23) en la elevación (40).

8. Elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado por quela superficie de contacto de la pieza de trabajo (17) se continúa en la primera superficie parcial (23).

9. Componente de ensamblaje (100), que presenta una pieza de trabajo (50), en particular una pieza de chapa, y un elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 8, habiéndose introducido el elemento funcional (10) a presión en un orificio preformado en la pieza de trabajo o en un orificio punzonado por el elemento funcional (10), de modo que el material de la pieza de trabajo (50) desplazado por la introducción a presión o después de la introducción a presión es recogido en la zona de estanqueidad (19) y se adosa de forma estanca contra la superficie de presión de contacto (21).

10. Componente de ensamblaje según la reivindicación 9,

caracterizado por queel material desplazado de la pieza de trabajo (50) se adosa contra el saliente (29) o envuelve el saliente (29) al menos parcialmente o por completo.

11. Componente de ensamblaje según las reivindicaciones 9 o 10,

caracterizado por queun espesor (T<50>) de la pieza de trabajo (50) es menor o esencialmente igual que una extensión axial de la zona de estanqueidad (19), al menos en la zona del orificio, o el espesor (T<50>) de la pieza de trabajo (50) es mayor o esencialmente igual que una extensión axial de la zona de estanqueidad (19), al menos en la zona del orificio.

12. Procedimiento para fabricar un componente de ensamblaje (100) según una de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende las etapas:

- proporcionar un elemento funcional (10) según una de las reivindicaciones 1 a 8,

- proporcionar una pieza de trabajo (50), en particular una pieza de chapa, y

- insertar el elemento funcional (10) en un orificio preformado en la pieza de trabajo o en un orificio punzonado por el elemento funcional (10) y aplicar una fuerza de introducción a presión a la superficie de tope (15) de modo que la superficie de contacto de la pieza de trabajo (17) se pone en contacto con la pieza de trabajo (50), y

- desplazamiento del material de la pieza de trabajo (50) hacia la zona de estanqueidad (19), de modo que el material es presionado contra la superficie de presión de contacto (21) para crear una unión estanca entre el elemento funcional (10) y la pieza de trabajo (50).