DE102009035338A1

DE102009035338A1 - Befestigen von Nietelementen

Info

Publication number: DE102009035338A1
Application number: DE102009035338A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Beck; Uwe Wolfarth; Dominik Leykauf
Original assignee: Arnold and Shinjo GmbH and Co KG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-01-27
Also published as: WO2011009850A1; EP2456596B1; PL2456596T3; EP2456596A1

Abstract

Zum Befestigen von Nietelementen in einem Plattenelement aus weicherem Material wird eine Anordnung und ein Verfahren vorgeschlagen. Das Verfahren läuft so ab, dass das Nietelement im Zusammenwirken mit einer eine Stanzöffnung aufweisenden Matrize ein Loch in dem Plattenelement stanzt. Während des Stanzens trifft der Schaft des Nietelements mit seiner Stirnfläche in ihrem Randbereich auf einen Vorsprung der Matrize, der in der Anlagefläche der Matrize für das Plattenelement liegt. Durch den Aufprall erfolgt eine Verformung des Nietschafts radial nach außen, die zu einer Festlegung des Niets in dem gestanzten Loch des Plattenelements führt. Es ist keine Umformung in der Weise erforderlich, dass ein Teil des Schafts nach dem Durchdringen des Plattenelements auf der gegenüberliegenden Seite umgebogen wird, um dadurch an der Rückseite des Plattenelements anzuliegen. Die Festlegung geschieht innerhalb des Lochs in dem Plattenelement.

Description

Die Erfindung betrifft das Befestigen von Nietelementen an einem plattenförmigen Element.
Zum Stand der Technik gehören Stanzmuttern oder ähnliche Bauteile. Bei einem bekannten Funktionselement dieser Art dient eine solche Stanzmutter in Zusammenarbeit mit einer Matrize dazu, ein Loch in einem Stück Blech durch Stanzen und eine Verbindung zwischen dem Blech und der Stanzmutter herzustellen. Zu diesem Zweck wird ein Teil der Stanzmutter, der durch das gestanzte Loch in dem Blech hindurch ragt, auf der gegenüberliegenden Seite nach außen umgebördelt beziehungsweise umgebogen. Die eigentliche Befestigung geschieht also unmittelbar nach dem Herstellen des Lochs. Hierzu wird auf der Rückseite des Blechbauteils entsprechend viel Platz benötigt ( DE 10114200 A1 ).
Bei allen bekannten Vorgängen dieser Art wird darüber hinaus der Rand des Blechs verformt.
Die genannten Funktionselemente können als Stanzmutter, aber auch als Stanzbolzen ausgebildet sein. Sie dienen in erster Linie dazu, an dem Blech weitere Gegenstände befestigen zu können.
Es kann aber auch die Problematik auftreten, dass das Blech selbst an einem anderen Bauteil angebracht werden soll, an dem es sich nicht direkt selbst befestigen lässt, beispielsweise dann, wenn das Blechelement aus Aluminium besteht und sich nicht einfach mit einer aus Stahlblech bestehenden Tragstruktur verschweißen lässt. In diesem Fall kann man aus Stahl bestehende Niete verwenden, die das Aluminium halten und selbst an der Tragstruktur angeschweißt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Nietelemente derart mit einem Plattenelement zu verbinden, dass auf der Rückseite des Plattenelements kein Platz für einen Nietvorgang zur Verfügung stehen muss.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung zum Verbinden mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Verbinden von Nietelementen und eine Befestigungsanordnung mit einem Nietelement vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Matrize enthält also eine Öffnung, beispielsweise eine kreisrunde Öffnung, deren Achse senkrecht zu der Anlagefläche verläuft. Das zu verwendende Nietelement weist eine dieser Öffnung entsprechende Form und Größe auf. Beispielsweise ist die Öffnung kreisrund, und der Schaft des Nietelements ebenfalls kreisrund, wobei der Durchmesser des Schafts geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Öffnung. Dadurch wird ein Schneidspalt gebildet. Beim Einstanzen des Nietelements sorgt der mindestens eine Vorsprung dafür, dass das Nietelement an dieser Stelle gegen den Vorsprung trifft und damit sich nur zur Seite hin verformen kann, also in radialer Richtung. Durch die Verformung in radialer Richtung nach außen erfolgt eine Festlegung des Nietelements in der Öffnung selbst.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die dem Plattenelement zugewandte Vorderseite des Vorsprungs in der Anlagefläche der Matrize liegt. Damit wird erreicht, dass bei der Verformung die Stirnseite des Schafts des Nietelements mindestens im Bereich der Kante des Schafts bündig mit der Rückseite des Plattenelements verläuft.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Öffnung in der Anlagefläche der Matrize scharfkantig ausgebildet ist. Dadurch wird ein sauberes Abtrennen des Materials innerhalb der Öffnung erreicht, was gleichzeitig dazu führt, dass das Plattenelement im Bereich der Öffnung eben bleibt.
Die Zahl und Größe der Vorsprünge wird so gewählt, dass die Festlegung des Nietelements den jeweils vorherrschenden Anforderungen genügt. Beispielsweise können mehr als ein Vorsprung vorhanden sein, die dann insbesondere gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Größe der Vorsprünge sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung kann je nach den Umständen des Einzelfalls ausgewählt werden. Als besonders günstig hat sich die Anordnung von drei solchen Vorsprüngen herausgestellt.
Der mindestens eine Vorsprung kann unter Umständen auch als getrenntes Teil vorgesehen sein, so dass es möglich ist, die radiale Verformung nachträglich durchzuführen, indem der Vorsprung durch die Matrize hindurch in Eingriff gebracht wird. Es hat sich jedoch als besonders sinnvoll herausgestellt, dass der mindestens eine Vorsprung, beziehungsweise bei mehreren Vorsprüngen alle Vorsprünge, als einstückiger Teil der Matrize ausgebildet ist.
Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Verfahren zum Verbinden von Nietelementen mit einem Plattenelement vor. Erfindungsgemäß wird eine Matrize mit einer durchgehenden Stanzöffnung vorbereitet, deren Größe an den Schaft des Nietelements angepasst ist. An die Matrize wird dann das Blechelement angelegt, das noch keine Öffnung aufweist. Das Nietelement wird mit seinem Schaftabschnitt voraus in Richtung auf die Öffnung bewegt, trifft auf das Blechelement und stanzt dort das Loch. Beim weiteren vorwärts Bewegen des Nietelements wird der Schaft des Nietelements in seinem Randbereich radial nach außen verformt. Diese radiale Verformung des Schafts des Nietelements führt zu einer Festlegung in dem gerade gestanzten Loch in dem Plattenelement.
Diese Verformung des Schafts in seinem Randbereich kann erfindungsgemäß während des Auftreffens der Stirnfläche des Schafts auf der Anlagefläche der Matrize geschehen.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die radiale Verformung des Schafts in seinem Randbereich durch das Auftreffen der Stirnfläche des Schafts auf der Anlagefläche der Matrize an mindestens einer Stelle geschieht.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die radiale Verformung derart geschieht, dass die Stirnfläche des Schafts des Nietelements mindestens in ihrem Randbereich bündig mit der dem Kopf des Nietelements abgewandten Rückseite des Plattenelements verläuft.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die radiale Verformung des Schafts des Nietelements an einzelnen einen Abstand voneinander aufweisenden Stellen geschieht, die beispielsweise gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordnet sind. Durch die nur stellenweise radiale Verformung wird gleichzeitig auch eine Verbindung hergestellt, die in Umfangsrichtung formschlüssig ist.
Die Erfindung schlägt ebenfalls eine Befestigungsanordnung aus einem Plattenelement und einem mit diesem vernieteten Nietelement vor, wobei die Vernietung des Nietelements mit dem Plattenelement dadurch erreicht ist, dass das Nietelement innerhalb des Lochs durch radiale Verformung an mindestens einer Stelle mit dem Plattenelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Stirnfläche des Schafts des Nietelements mindestens im Umfangsbereich bündig mit der Rückseite des Plattenelements verläuft.
Als Nietelemente kommen die unterschiedlichsten Arten infrage, nicht nur Muttern, Schweißniete, Stehbolzen oder dergleichen.
Beispielsweise kann es auf diese Weise erreicht werden, dass man in einem Aluminiumblech mehrerer Niete in der beschriebenen Weise befestigt und diese Niete dann an einer Stahlkonstruktion anschweißt. Damit wird dann das Aluminiumblech einer Stahlkonstruktion befestigt.
Es kann sich sowohl um Niete mit einem Flachkopf als auch um Niete mit einem Senkkopf handeln.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
1 schematisch wichtige Teile der Anordnung zur Herstellung einer Verbindung;
2 einen Querschnitt durch die Anordnung der 1;
3 den Querschnitt der 2 in einem weiteren Stadium der Herstellung;
4 den Querschnitt in einem nochmals weiteren Stadium;
5 die fertig gestellte Vernietung.
Ausgangspunkt für die Herstellung einer Verbindung ist eine Matrize 1, die eine Anlagefläche 2 bildet. Im dargestellten Beispiel, die für ein ebenes Plattenelement 3 bestimmt ist, ist die Anlagefläche 2 eben. In der Anlagefläche 2 der Matrize 1 mündet eine Stanzöffnung 4. Diese Stanzöffnung wird von dem Ende eines Durchgangs durch die Matrize 1 gebildet. Längs des Umfangs der Stanzöffnung 4 sind drei Vorsprünge 5 vorhanden, die den Umfang der Stanzöffnung 4 nach innen verlagern. Die Vorsprünge 5 sind durch Rippen 6 gebildet, die sich durch die Matrize 1 über eine bestimmte Länge erstrecken.
Auf diese Anlagefläche 2 wird im Bereich der Stanzöffnung 4 das bereits erwähnte Plattenelement 3 gelegt, in dem ein Nietelement 7 festgelegt werden soll. Das Nietelement 7 weist einen Nietkopf 8 und einen sich von der Unterseite des Nietkopfs 8 erstreckenden Nietschaft 9 auf.
Mithilfe eines nicht dargestellten Stempels oder eines sonstigen Antriebs wird das Nietelement 7 auf das Plattenelement 3 und in die Öffnung 4 gepresst. Dabei stanzt der Schaft 9 des Nietelements 7 mit seinem scharfkantigen Rand 10 ein Loch in dem Plattenelement 3.
Zur Wirkungsweise wird jetzt zunächst auf die 2 verwiesen, die die Anordnung der 1 in einem Schnitt darstellt. Man kann sehen, dass der Durchmesser des Schafts 9 des Nietelements 10 dem Durchmesser der Stanzöffnung 4 entspricht, mit Ausnahme der die Vorsprünge 5 bildenden Rippen 6. Innerhalb der die Stirnfläche umgebenden Kante 10 weist die Stirnfläche einen Vorsprung 11 auf. Im Randbereich ist jedoch die Stirnfläche eben. Der Schaft 9 ist gegenüber der Öffnung 4 ausgerichtet.
Zu Beginn des Stanzvorgangs, siehe 3, stanzt der Schaft 9 in dem Plattenelement 3 eine Öffnung und drückt das Material innerhalb der Kante 10 nach unten in den Durchgang 13 hinein. An der Stelle, wo die Rippe 6 den Vorsprung 5 bildet, prallt die Stirnfläche des Schafts in ihrem Randbereich auf diesen Vorsprung 5, der in der Anlagefläche 2 der Matrize 1 liegt. Dies ist rechts in den Schnitten zu sehen. Durch das Aufprallen, siehe 4, wird das Material des Schafts an dieser Stelle nach außen verformt. Es bildet sich ein nach außen gerichteter Vorsprung 14, der bei vollständigem Eindringen, siehe 5, vollständig ausgebildet ist. Im Bereich dieses durch den Vorsprung 5 der Matrize gebildeten Vorsprungs 14 des Nietschafts 9 verläuft die Rückseite des Nietschafts des Nietelements 7 bündig mit der Rückseite 15 des Plattenelements 3. Das Nietelement 7 ist in diesem Zustand sowohl in Auszugsrichtung als auch in Drehrichtung formschlüssig und kraftschlüssig mit dem Plattenelement 3 verbunden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Nietelement 7 mit einem Plattenelement 3 verbunden. Es ist natürlich auch möglich, mit der gleichen Anordnung das Nietelement 7 durch zwei übereinandergelegte Plattenelemente hindurchzustanzen und mit dem jeweils unteren Plattenelement 3 durch radiale Verformung zu vernieten. Das obere Plattenelement wird dabei zwischen dem Kopf des Nietelements 7 und dem unteren Plattenelement 3 festgelegt. Auch hierbei handelt es sich um eine Anordnung zum Verbinden eines Nietelements mit einem Plattenelement, da die Vernietung als radiale Verformung mit dem unteren Plattenelement erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10114200 A1 [0002]

Claims

Anordnung zum Verbinden von Nietelementen (7) mit einem Plattenelement (3), mit 1.1 einer Matrize (1) mit einer dem Schaft (9) des Nietelements (7) entsprechenden von einer Anlagefläche (2) ausgehenden Öffnung (4), 1.2 einer Halterung beziehungsweise Führung für ein gegenüber der Öffnung (4) der Matrize (1) ausgerichtetes Nietelement (7), 1.3 einem Stempel zum Einpressen des Nietelements (7) durch das Plattenelement (3), wobei 1.4 die Öffnung (4) der Matrize (1) mindestens einen nach innen gerichteten Vorsprung (5) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die dem Plattenelement (3) zugewandte Vorderseite des Vorsprungs (5) in der Anlagefläche (2) der Matrize (1) liegt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Öffnung (4) in der Anlagefläche (2) der Matrize (1) scharfkantig ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Vorsprüngen (5) in der Öffnung (4) der Matrize (1), die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Öffnung (4) verteilt angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Vorsprung (4) als einstückiger Teil der Matrize (1) ausgebildet ist.
Verfahren zum Verbinden von Nietelementen (7) mit einem Plattenelement (3), mit folgenden Verfahrensschritten: 6.1 eine Matrize (1) mit einer dem Schaft (9) des Nietelements (7) entsprechenden Öffnung (4) wird vorbereitet, 6.2 das Plattenelement (3) wird an die Anlagefläche (2) der Matrize (1) angelegt, 6.3 das Nietelement (7) wird gegenüber der Öffnung (4) der Matrize (1) ausgerichtet, 6.4 das Nietelement (7) wird gegen das Plattenelement (3) angepresst, 6.5 das Nietelement (7) wird in die Öffnung (4) eingedrückt, 6.6 der Schaft (9) des Nietelements (7) wird innerhalb des in dem Plattenelement (3) gestanzten Lochs an mindestens einer Stelle radial verformt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schaft (9) des Nietelements (7) während des Auftreffens der Stirnfläche des Schafts (9) auf der Anlagefläche (2) der Matrize (1) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Schaft (9) des Nietelements (7) durch das Auftreffen der Stirnfläche des Schafts (9) auf der Anlagefläche (2) der Matrize (1) an mindestens einer Stelle radial verformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die radiale Verformung des Schafts (9) des Nietelements (7) derart geschieht, dass die Stirnfläche des Schafts (9) mindestens im Bereich des Vorsprungs (5) der Matrize (1) bündig mit der Rückseite des Plattenelements (3) verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der Schaft (9) des Nietelements (7) an mehreren Stellen radial verformt wird, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Öffnung (4) verteilt angeordnet werden.
Befestigungsanordnung aus einem ein Loch aufweisenden Plattenelement (3) und einem mit diesem vernieteten einen Nietkopf (8) und einen Nietschaft (9) aufweisenden Nietelement (7), wobei der Nietschaft (7) innerhalb des Lochs des Plattenelements (3) an mindestens einer Stelle radial nach außen verformt ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 11, bei dem die Stirnfläche des Nietschafts (9) mindestens im Bereich der radialen Verformung bündig mit der dem Nietkopf (8) abgewandten Seite des Plattenelements (3) verläuft.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Nietschaft (9) innerhalb des Lochs des Plattenelements (3) an mehreren Stellen radial nach außen verformt ist, die insbesondere gleichmäßig über den Umfang des Nietschafts (9) verteilt angeordnet sind.