DE102012220033A1

DE102012220033A1 - Funktionselement zum Einpressen in ein Blechteil und Zusammenbauteil bestehend aus dem Funktionselement und einem Blechteil

Info

Publication number: DE102012220033A1
Application number: DE201210220033
Authority: DE
Inventors: Richard Humpert
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionselement, das zum Einpressen in ein Blechteil ausgelegt ist. Das Funktionselement umfasst ein einen Flansch bildendes Kopfteil und eine am Kopfteil ausgebildete Blechanlagefläche. Ferner ist ein sich auf der Seite der Blechanlagefläche vom Kopfteil weg erstreckender und insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse des Funktionselements angeordneter Fügeabschnitt vorgesehen, der unterhalb der Blechanlagefläche einen umlaufenden Wulst aufweist, wobei zwischen dem Wulst und der Blechanlagefläche eine umlaufende Rille vorgesehen ist. Auf einer der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Wulstes ist an dem Fügeabschnitt ein relativ zu der Längsachse geneigter erster Abschnitt vorgesehen, der in einer Richtung von der Blechanlagefläche weg konvertiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionselement, das zum Einpressen in ein Blechteil ausgelegt ist.
Beispielsweise auf dem Gebiet von Verbindungselementen, die bei der Fertigung von Blechteilen an diesen maschinell angebracht werden, unterscheidet man zwischen Einpresselementen einerseits und Nietelementen andererseits. Einpresselemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei Anbringung an einem Blechteil zumindest nicht absichtlich verformt werden, sondern das Blechteil selbst wird verformt und in Eingriff mit Formmerkmalen des Einpresselements gebracht, wodurch das Einpresselement verdrehsicher und auspresssicher am Blechteil befestigt wird. Bei Nietelementen wird das Element bei der Anbringung am Blechteil absichtlich verformt, meistens um ein Nietbördel auszubilden, wodurch das Blechteil zwischen Nietbördel und einem Flanschteil eingefasst wird, um auch hier eine verdrehsichere und auspresssichere Verbindung zu erreichen.
Sowohl Einpresselemente als auch Nietelemente können selbststanzend sein. Die Bezeichnung selbststanzend ist so zu verstehen, dass das entsprechende Element sein eigenes Loch in das Blechteil stanzt. Dies geschieht natürlich nur dann, wenn eine ausreichende Kraft auf das selbststanzende Element ausgeübt wird, beispielsweise von einer Presse, von einem Roboter oder von einer kraftbetätigten Zange oder einem C-Gestell, die bzw. das das Element gegen das Blechteil presst, und das Blechteil auf der dem Element abgewandten Seite durch eine entsprechende Matrize abgestützt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung geht es dahingegen um ein an einem Blechteil zu befestigendes Funktionselement – etwa ein Verbindungselement –, das in ein vorgeformtes Loch in dem Blechteil eingeführt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geeignetes Funktionselement bereitzustellen, das sich auf einfache Weise zuverlässig an einem vorgelochten Blechteil befestigen lässt.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Funktionselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Funktionselement weist ein einen Flansch bildendes Kopfteil und eine an dem Kopfteil ausgebildete Blechanlagefläche auf. Ferner ist ein sich auf der Seite der Blechanlagefläche vom Kopfteil weg erstreckender und insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse des Funktionselements angeordneter Fügeabschnitt vorgesehen.
Erfindungsgemäß weist der Fügeabschnitt unterhalb der Blechanlagefläche einen umlaufenden Wulst auf, wobei zwischen dem Wulst und der Blechanlagefläche eine umlaufende Rille vorgesehen ist. Außerdem ist auf einer der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Wulsts an dem Fügeabschnitt ein relativ zu der Längsachse geneigter erster Abschnitt vorgesehen, der in einer Richtung von der Blechanlagefläche weg konvergiert. Der geneigte erste Abschnitt geht entweder an oder unmittelbar benachbart zu einem freien Stirnende des Fügeabschnitts zu Ende oder in einen Schaftteil oder Pilotteil über. Der erste Abschnitt erleichtert das Einführen des Funktionselements in das vorgefertigte Loch in dem Blechteil und fungiert somit bei der Einbringung des Elements als eine Art Einschlupffase.
Der Wulst und die Rille des Fügeabschnitts dienen zur Herstellung einer zuverlässigen Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil. In einem montierten Zustand des Funktionselements liegt die Blechanlagefläche auf dem Blechteil auf. Sie erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer mittleren Längsachse des Funktionselements. Es kann aber beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Blechanlagefläche konisch ausgebildet ist, insbesondere wenn das zur Aufnahme vorgesehene Loch im Blechteil eine komplementär ausgebildete konische Vertiefung zur Aufnahme zumindest eines Teils des Kopfteils aufweist.
Mit anderen Worten ermöglicht der geneigte erste Abschnitt ein einfaches Einführen des Fügeabschnitts in das Loch in dem Blechteil. In einem montierten Zustand des Funktionselements wirken die weiteren an dem Fügeabschnitt vorgesehenen Komponenten – d. h. insbesondere der Wulst und die Rille – mit den das vorgefertigte Loch umgebenden Bereichen des Blechteils zusammen, um das Funktionselement zuverlässig an dem Blechteil fixieren. Man kann sich die Konstruktion so vorstellen, dass der erste Abschnitt bzw. der Wulst die Form eines Pfeilkopfes aufweist und in den elastischen Lochrand des hoch- oder höchstfesten Blechmaterials gedrückt wird. Dieser weitet sich elastisch auf und schließt sich hinter dem Wulst des Elements wieder.
Gemäß einer Ausführungsform des Funktionselements ist der erste Abschnitt an dem Wulst ausgebildet. D. h. eine dem Kopfteil bzw. der Blechanlagefläche abgewandte Seite des Wulsts bildet den als Einschlupffase fungierenden ersten Abschnitt, so dass der Fügeabschnitt in axialer Richtung vergleichsweise kurz und kompakt ausgestaltet werden kann.
Für bestimmte Anwendungssituationen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein relativ zu der Längsachse geneigter zweiter Abschnitt vorgesehen ist, der in einer Richtung von der Blechanlagefläche weg konvergiert.
Der zweite Abschnitt kann grundsätzlich in analoger Weise ausgestaltet sein, wie der erste Abschnitt. Allerdings können der erste und der zweite Abschnitt auch vollkommen unabhängig voneinander gestaltet werden. Insbesondere ist der zweite Abschnitt an einem Pilotabschnitt angeordnet, der sich von dem Wulst in einer Richtung weg von der Blechanlagefläche erstreckt. Der zweite Abschnitt kann beispielsweise dazu dienen, das Einführen des Pilotabschnitts in das vorgefertigte Loch in dem Blechteil zu erleichtern, so dass das Funktionselement korrekt in das Loch eingeführt werden kann. Der erste Abschnitt sorgt im Verlauf des weiteren Einführvorgangs dafür, dass der Fügeabschnitt in kontrollierter Weise mit den das Loch umgebenden Bereichen des Blechteils in Eingriff gebracht wird, um eine zuverlässige Verbindung zwischen den genannten Komponenten herzustellen.
Der erste und der zweite Abschnitt können eben oder gekrümmt ausgebildet sein. Insbesondere bilden der erste und/oder der zweite Abschnitt eine Mantelfläche eines Konus, der sich in einer Richtung von dem Kopfteil weg verjüngt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Funktionselements ist ein Querschnitt des Fügeabschnitts in einem Bereich des der Blechanlagefläche abgewandten Endes des ersten und/oder zweiten Abschnitts kleiner als ein Querschnitt des Fügeabschnitts in einem Bereich der Rille. Beispielsweise ist das dem Kopfteil abgewandte Ende des ersten und/oder des zweiten Abschnitts kleiner als der Durchmesser des Lochs, in dem das Funktionselement positioniert wird, so dass dieses zu Beginn des Einführvorgangs einfach und – falls gewünscht – sogar berührungslos in das Loch eingeführt werden kann. Im Bereich der Rille ist der Querschnitt größer, um hier einen direkten und kraftschlüssigen Kontakt herzustellen.
Insbesondere im Fahrzeugbau werden zunehmend Bleche mit hohen Festigkeiten verwendet, teilweise auch wärmebehandelte Blechteile. Die Festigkeiten der verwendeten Blechteile können oberhalb der bisher üblichen Festigkeiten liegen, bespielweise in einem Bereich von 900 bis über 1600 MPa, vorzugsweise in einem Bereich um etwa 1500 MPa. Solche Blechteile höherer Festigkeit ermöglichen es einerseits, mit dünneren Blechen zu arbeiten, wodurch Gewicht gespart werden kann. Andererseits stellen diese hohen Festigkeiten hohe Anforderungen an die Funktionselemente – z. B. Verbindungselemente –, die mit diesen hochfesten Blechen zusammenwirken. D. h. die Funktionselemente müssen einerseits geometrisch so ausgelegt sein, dass sie stabil genug sind, um einer ungewünschten Verformung zu widerstehen. Andererseits muss deren Material ebenfalls eine geeignete Festigkeit aufweisen. Als geeignet hat es sich erwiesen, wenn das Material der Funktionselemente im Rohzustand eine Festigkeit von etwa 400 bis 500 MPa aufweist. Die Festigkeit kann sich durch mit einem Herstellungsprozess der Funktionselemente verbundene Kaltverformungsprozesse ohne weiteres auf Werte zwischen 600 und 1000 MPa erhöhen. Beispielsweise werden die Funktionselemente ausgehend von einem Stabmaterial durch Kaltverformung erzeugt.
Um auf einfache Weise eine Verdrehsicherung bereitzustellen, die zuverlässig verhindert, dass das Funktionselement in einem montierten Zustand relativ zu dem Blechteil verdreht werden kann, können der Fügeabschnitt, der Wulst und/oder die Rille in Richtung der Längsachse gesehen eine polygonale Außenkontur aufweisen. Bevorzugt sind Übergänge zwischen benachbarten Seiten des Polygons gerundet ausgeführt. Die Krümmungsradien der gerundet ausgeführten Übergänge sind derart gewählt – d. h. nicht zu klein –, so dass die entsprechenden Übergänge zwischen den Seiten des komplementär geformten polygonen Lochs in dem Blechteil nur möglichst minimale Schwächungen des Blechmaterials bzw. der Ermüdungseigenschaften der Fügeverbindung bewirken.
Es kann vorgesehen sein, dass auch das Kopfteil in Richtung der Längsachse gesehen eine der polygonale Form des Fügeabschnitts, des Wulsts und/oder der Rille entsprechende polygonale Form aufweist, um das lagerichtige Einführen des Funktionselements in das entsprechend geformte Loch in dem Blechteil zu erleichtern.
Abweichend von der vorstehend beschriebenen verdrehsicheren polygonalen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Kopfteil, der Fügeabschnitt, der Wulst und/oder die Rille in Richtung der Längsachse gesehen eine Außenkontur aufweisen, die im Wesentlichen kreisförmig ist. Eine Verdrehsicherung des Funktionselements in dem dann konsequenterweise ebenfalls kreisförmigen Loch des Blechteils zusätzlich zu der Lochlaibung kann durch zumindest ein Verdrehsicherungsmerkmal bereitgestellt werden, das sich in radialer Richtung von dem Fügeabschnitt, insbesondere von dem Wulst und/oder der Rille aus nach außen erstreckt. Beispiele für ein solches Verdrehsicherungsmerkmal sind radial vorspringende und in axialer Richtung verlaufende Nasen oder Rippen, die – in axialer Richtung betrachtet – von dem Fügeabschnitt strahlenförmig nach außen ragen. Das Verdrehsicherungsmerkmal kann – muss aber nicht – mit der Blechanlagefläche in Verbindung stehen.
Das Funktionselement kann ein Mutterelement sein, das eine Bohrung zur Aufnahme eines Bolzenabschnitts eines Bolzenelements aufweist. Der Bolzenabschnitt kann beispielsweise ein Gewindebolzen sein, der mit einer Gewindebohrung des Mutterelements zusammenwirkt. Grundsätzlich ist es jedoch ebenfalls möglich, dass das Bolzenelement mit einem zylindrischen Schaftteil versehen wird, der als Lagerstift verwendet wird. In diesem Fall kann das Funktionselement als Lagerbolzen bezeichnet werden. Die Bohrung des Mutterelements ist dann eine glatte Bohrung. Die Bohrung kann auch zunächst als glatte Bohrung ausgeführt werden und so bemessen sein, dass ein Gewinde formendes oder ein Gewinde schneidendes Bolzenelement zur Anwendung gelangen kann.
Das Funktionselement kann jedoch auch ein Bolzenelement sein, das einen Bolzenabschnitt aufweist, der sich in einer Richtung parallel, insbesondere koaxial zu einer Längsachse von dem Kopfteil und/oder von dem Fügeabschnitt weg erstreckt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Zusammenbauteil, das ein Funktionselement gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und ein Blechteil umfasst. Das Blechteil weist ein vorgefertigtes Loch auf, in dem der Fügeabschnitt derart angeordnet ist, dass die Oberflächen des Wulstes und der Rille zumindest teilweise mit der Wandung des Lochs in Kontakt stehen.
Insbesondere presst die Wandung des Lochs im Wesentlichen elastisch gegen den Fügeabschnitt. Es ist nicht erforderlich, dass bei der Montage eine signifikante plastische Verformung des Blechteils und/oder des Funktionselements im Bereich des Fügeabschnitts bewirkt wird, um eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil herzustellen. Beispielsweise weist die Wandung im Bereich der Rille weitgehend eine Geometrie auf, die sie vor dem Einbringen des Fügeabschnitts in das Loch aufwies.
Bei derartigen Ausführungsformen sind die beteiligten Komponenten derart ausgestaltet, dass sich das Blechteil beim Einführen des Funktionselements im Bereich des Lochs elastisch verformt, während der Wulst in das Loch eindringt. In Einführrichtung hinter dem Wulst entspannt sich das Material des Blechteils zumindest teilweise, so dass es in die Rille ragt. Es ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich das beim Einführen des Funktionselements durch den Wulst komprimierte Blechmaterial im Bereich der Rille wieder vollständig entspannt. Eine auf den Fügeabschnitt im Bereich der Rille wirkende elastische Anpresskraft des Blechmaterials ist durchaus erwünscht, um einen Lochlaibungsdruck zu erzeugen, der den durch den Wulst erzeugten Lochlaibungsdruck bei der Fixierung des Funktionselements an dem Blechteil unterstützt. Die elastische Spannkraft des Blechmaterials übt eine Art Würgegriff am Fügeabschnitt des Funktionselements aus, der zu einer kompressiven Spannung (Druckspannung) im Blechmaterial um das Loch, das vorzugsweise mittels einer Lochstanze als Stanzloch erzeugt wird, herum. Ferner erzeugt der Würgegriff gleichzeitig eine kompressive Spannung im Fügeabschnitt des Funktionselements. Die genannten Spannungen verbessern das Ermüdungsverhalten der Fügeverbindung wesentlich.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein der Blechanlagefläche abgewandtes Ende des Fügeabschnitts von der der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Blechteils zurückversetzt. Mit anderen Worten ragt der Fügeabschnitt nicht über das Blechteil hinaus, um beispielsweise die Anbringung eines weiteren Blechteils nicht zu behindern.
Das Blechteil kann mit einer Sicke versehen sein, wobei die der Blechanlagefläche abgewandte Seite des Blechteils unmittelbar außerhalb der Sicke in einer Ebene liegt und wobei ein der Blechanlagefläche abgewandtes Ende des Fügeabschnitts innerhalb der Sicke von der der Blechanlagefläche abgewandten Seite des Blechteils vorsteht, jedoch von der genannten Ebene zurückversetzt ist.
Falls das Funktionselement des Zusammenbauteils zumindest ein Verdrehsicherungsmerkmal aufweist, das sich in radialer Richtung von dem Fügeabschnitt, insbesondere von dem Wulst- und/oder der Rille nach außen erstreckt, kann in der Wandung des Lochs des Blechteils zumindest eine entsprechende Verdrehsicherungsvertiefung vorgesehen sein. Das Verdrehsicherungsmerkmal und die Verdrehsicherungsvertiefung können dabei so ineinander greifen, dass eine formschlüssige Verdrehsicherung bereitgestellt wird.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
1 bis 3 Darstellungen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funktionselements in einer Perspektivansicht, in einer axialen Ansicht bzw. in einer Seitenansicht (teilweise in einem axialen Halbschnitt),
4 die Werkzeuge, die zur Anbringung des Funktionselements gemäß 1 bis 3 an einem Blechteil verwendet werden,
5 eine Ansicht entsprechend der 3, bei der das Funktionselement an einem Blechteil befestigt ist,
5A eine vergrößerte Darstellung der Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil gemäß 5,
6 eine Ansicht entsprechend der 5, wobei das Blechteil dicker ist,
6A eine vergrößerte Darstellung der Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil gemäß 6 und
7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funktionselements in einem an einem Blechteil befestigten Zustand.
1 zeigt ein Mutterelement 10, das zum Einpressen in ein Blechteil ausgelegt ist. Das Mutterelement 10 umfasst ein einen Flansch bildendes Kopfteil 12 mit einer in Blickrichtung B gesehen – d. h. entlang einer Mittelachse 20 des Mutterelements 10 gesehen – im Wesentlichen quadratischen Außenkontur, wobei benachbarte lineare Segmente 14 der Außenkontur durch abgerundete Übergänge 16 miteinander in Verbindung stehen. Das Kopfteil 12 weist eine im Wesentlichen eben geformte Blechanlagefläche 18 auf, die in einem montierten Zustand des Mutterelements 10 auf dem Blechteil aufliegt, was nachfolgend noch detailliert beschrieben ist.
Von der Blechanlagefläche 18 weg erstreckt sich ein Fügeabschnitt 22 koaxial zu der Mittelachse 20. Dessen Außenkontur entspricht in Blickrichtung B einer verkleinerten Version der Außenkontur des Kopfteils 12. Der Fügeabschnitt 22 ist mit einem Wulst 24 versehen, der sich an dem dem Kopfteil 12 abgewandten Ende des Fügeabschnitts 22 in Umfangsrichtung um diesen herum erstreckt. Dadurch wird zwischen dem Wulst 24 und der Blechanlagefläche 18 eine Rille 26 definiert.
Das Mutterelement 10 ist mit einer zu der gemeinsamen Mittelachse des Kopfteils 12 und des Fügeabschnitts 22 koaxial angeordneten Bohrung 28 versehen. Die Bohrung 28 kann eine Gewindebohrung sein, falls das Mutterelement 10 für ein Zusammenwirken mit einem Gewindebolzen vorgesehen ist. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es grundsätzlich aber auch möglich, eine glatte Bohrung vorzusehen, wenn das Mutterelement 10 einen Lagerbolzen aufnehmen soll. Die Bohrung 28 kann grundsätzlich auch zunächst als glatte Bohrung ausgeführt werden und so bemessen sein, dass ein Gewinde formender oder ein Gewinde schneidender Bolzen zur Anwendung gelangen kann.
2 zeigt das Mutterelement 10 in einer Stirnansicht, d. h. in Blickrichtung B. Dadurch ist erkennbar, dass sich die Außenkonturen des Kopfteils 12 und des Fügeabschnitts 22 stark ähneln, d. h. auch die Form des Fügeabschnitts 22 ist durch lineare Segmente 14' geprägt, die durch gerundet ausgeführte Übergänge 16' miteinander in Verbindung stehen. Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle der gezeigten quadratischen Grundform des Kopfteils 12 und des Fügeabschnitts 22 beliebige polygonale Außenkonturen vorzusehen oder die Außenkonturen kreisrund zu gestalten. In bestimmten Anwendungsfällen kann es günstig sein, die Außenkonturen des Kopfteils 12 und des Fügeabschnitts 22 nicht nur hinsichtlich der Größenverhältnisse unterschiedlich zu gestalten, sondern grundsätzlich unterschiedliche Formgebungen vorzusehen.
3 zeigt das Mutterelement 10 in einer Seitenansicht, wobei der linke Teil der Seitenansicht eine Schnittansicht wiedergibt. Diese Seitenansicht zeigt deutlich, dass das Kopfteil 12 in axialer Richtung dicker ausgebildet ist als der Fügeabschnitt 22. Diese Ausgestaltung ist jedoch nicht zwingend erforderlich, sondern sie ist dem speziellen Anwendungsfall geschuldet, für den das beispielhaft beschriebene Mutterelement 10 vorgesehen ist.
Die im linken Teil der 3 gezeigte Schnittansicht verdeutlicht, dass die Bohrung 28 beidseitig mit jeweils einem Konus 30 bzw. 30' versehen ist, um das Einführen eines Bolzens in die Bohrung 28 zu erleichtern. Ferner verdeutlicht die Schnittansicht die Ausgestaltung des Fügeabschnitts 22, der sich in 3 von der Blechanlagefläche 18 nach unten erstreckt. Wie bereits erläutert, umfasst er die Rille 26, die zwischen dem Wulst 24 und der Blechanlagefläche 18 ausgebildet ist. Ein Bodenabschnitt der Rille 26 weist bei dem Mutterelement 10 eine im Wesentlichen ebene Ausgestaltung auf und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse 20. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Rille 26 gerundet, insbesondere konkav auszuführen.
Der Wulst 24 weist eine konvexe Formgebung auf, die sich an das der Blechanlagefläche 18 abgewandte Ende der Rille 26 anschließt. Das dem Kopfteil 12 abgewandte Ende des Wulsts 24 umfasst einen relativ zu der Mittelachse 22 geneigten Abschnitt 32, die beim Einführen des Mutterelements 10 in ein vorgefertigtes Loch in einem Blechteil als Einschlupffase wirkt. Mit anderen Worten erleichtert der geneigte Abschnitt 32 das Einführen des Mutterelements 10 in das entsprechende Loch.
Die Außenkontur des geneigten Abschnitts 32 ist an dem freien Ende des Fügeabschnitts 22 vorzugsweise etwas kleiner als die Innenkontur des entsprechenden Lochs in dem Blechteil, um gerade in der Anfangsphase des Einführens des Mutterelements 10 eine automatische Zentrierung des Mutterelements 10 in dem Loch zu bewirken. Die in Einführrichtung des Mutterelements 10 divergierende Ausgestaltung des geneigten Abschnitts 32 – im Umkehrschluss konvergiert der geneigte Abschnitt 32, wenn man ihn vom Kopfteil 12 aus betrachtet – geht nahtlos in die konvexe Formgebung des Wulstes 24 über, der zumindest in seinem Scheitelbereich eine etwas größere Außenkontur aufweist als die entsprechende Innenkontur des Lochs. Bei dem Einpressen des Mutterelements 10 wird folglich das Material des Blechteils 34 durch den Wulst 24 im Bereich des Lochs elastisch verdrängt. Das verdrängte Material ”federt” beim weiteren Einführen des Mutterelements 10 in die Rille 26 zurück, so dass das Material des Blechteils 34 auch dort fest gegen das Mutterelement 10 gepresst wird. Im Bereich des Wulsts 24 sind die Anpresskräfte noch größer.
4 zeigt die Werkzeuge, die zur Befestigung des Mutterelements 10 an einem Blechteil 34 verwendet werden. Zum Einpressen des Mutterelements 10 wird ein Setzkopf 36 verwendet, der eine Aufnahme 38 aufweist. Die Aufnahme 38 nimmt den Kopfteil 12 des Mutterelements 10 auf, so dass der Fügeabschnitt 22 von einer unteren Stirnseite 40 des Setzkopfs 36 vorsteht. Die Blechanlagefläche 18 des Mutterelements 10 liegt in der gleichen Ebene wie die untere Stirnseite 40.
Setzköpfe dieser Art sind bestens bekannt und werden üblicherweise für die automatische Zufuhr von Mutterelementen aus einem Vorrat in die Aufnahme 38 ausgelegt. Beispiele für solche Setzköpfe sind unter anderem in der europäischen Patentschrift EP 755 749 B2 der vorliegenden Anmelderin enthalten. Ferner könnte beispielsweise ein Setzkopf zur Anwendung gelangen, wie er in der GB 934 101 A beschrieben ist.
Unterhalb des Blechteils 34 befindet sich eine Matrize 42. Da die Dicke des Blechteils 34 und die Länge des Fügeabschnitts 22 in axialer Richtung von der Blechanlagefläche 18 aus gesehen so aufeinander abgestimmt sind, dass der Fügeabschnitt 22 in einem montierten Zustand des Mutterelements 10 nicht über eine dem Kopfteil 12 des Mutterelements 10 abgewandte Oberfläche 44 des Blechteils 34 hinaussteht, ist die Matrize 42 denkbar einfach aufgebaut und umfasst letztlich lediglich eine ebene Auflagefläche 46, auf der die Oberfläche 44 des Blechteils 34 bei der Montage aufliegt. Die Matrize 42 stützt das Blechteil 34 somit bei dem Einpressvorgang großflächig ab. Bei diesem Vorgang wird der Setzkopf 36 mit dem Mutterelement 10 auf das Blechteil 34 zu bewegt, wobei der Fügeabschnitt 22 in ein vorgefertigtes Loch 48 in dem Blechteil 34 eingeführt wird. Der Montagevorgang ist abgeschlossen, sobald die Blechanlagefläche 18 an der ihr zugewandten Oberfläche 44' des Blechteils 34 aufliegt. Natürlich kann es auch vorgesehen sein, das Kopfteil 12 (teilweise) in die Oberfläche 44' einzudrücken.
Falls der Fügeabschnitt 22 in einem montierten Zustand des Mutterelements 10 über die Oberfläche 44 hinausragt, ist die Matrize 42 mit einer entsprechenden Ausnehmung versehen, die den über die Oberfläche 44 hinausragenden Teil des Fügeabschnitts 22 aufnimmt. Falls anstelle des Mutterelements 10 ein Bolzenelement mit dem Blechteil 34 verbunden werden soll, dessen Bolzenabschnitt vergleichsweise weit nach unten über die Oberfläche 44 des Blechteils 34 hinaussteht, kann die Matrize 42 mit einer entsprechenden Bohrung versehen werden.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass die Werkzeuge zum Einpressen des Mutterelements 10 in das vorgefertigte Loch 48 in dem Blechteil 34 sehr einfach ausgestaltet sind, was sich positiv auf die Kosten zur Herstellung der Mutterelement-Blechteil-Verbindung auswirkt. Insbesondere weist die Matrize 42 eine sehr einfache Geometrie auf und ist daher praktisch keiner Abnutzung unterworfen.
5 zeigt das Mutterelement 10 in einem an dem Blechteil 34 montierten Zustand. D. h. es ist ein Zusammenbauteil zu sehen, das aus den genannten Komponenten 10, 34 besteht. Zur Verdeutlichung der Eigenschaften der Verbindung zwischen dem Mutterelement 10 und dem Blechteil 34 ist in 5A eine Vergrößerung eines Teils des Fügeabschnitts 22 sowie angrenzender Bereiche des Blechteils 34 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das dem Kopfteil 12 abgewandte Ende des Fügeabschnitts 22 um einen Betrag d von der Oberfläche 44 zurückversetzt ist. Außerdem ist zu erkennen, dass das dem Kopfteil 22 abgewandte Ende des Fügeabschnitts 22, das durch den geneigten Abschnitt 32 gebildet ist, an dessen freien Ende um den Betrag d' kleiner ist als das Loch 48, so dass bei dem Einführen des Fügeabschnitts 22 anfänglich keine Kraft aufgebracht werden muss. Die Neigung des geneigten Abschnitts 32 relativ zu der Mittelachse 20 ist so gewählt, dass die Verformung des Blechteils 34 in der Umgebung des Lochs 48 nicht abrupt erfolgt, so dass der Fügeabschnitt 22 mit vernünftigem Kraftaufwand weiter in das Loch 48 gepresst werden kann, bis die Blechanlagefläche 18 auf der dem Kopfteil 12 zugewandten Oberfläche 44' des Blechteils 34 aufliegt. Bei dem Einführvorgang verformt der Wulst 24 das Blechteil 34 im Bereich des Lochs 48 elastisch, so dass dieses hinter dem Wulst 24 in die Rille 26 ”zurückfedert”. Durch die Anpresskraft des Blechteils 34 an den Fügeabschnitt 22 wird ein Lochlaibungsdruck erzeugt, die eine zuverlässige Fixierung des Mutterelements 10 an dem Blechteil 34 sicherstellt.
In vielen Anwendungsfällen ist dieser Lochlaibungsdruck bereits ausreichend, um eine hinreichend gute Verdrehsicherung des verwendeten Mutterelements an dem jeweiligen Blechteil zu gewährleisten, so dass der Fügeabschnitt und das entsprechende Loch auch eine rotationssymmetrische Ausgestaltung aufweisen können. Gegebenenfalls kann zur Steigerung der Verdrehsicherheit der Fügeabschnitt mit einem Klebstoff versehen werden, beispielsweise ein Klebstoff, der unter Druck aushärtet. Durch die quadratische Grundform des Querschnitts des Fügeabschnitts 22 in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 20 und der komplementären Ausgestaltung des zur Aufnahme des Mutterelements 10 vorgesehenen Lochs 48 wird jedoch eine besonders gute Verdrehsicherung bewirkt, erfordert allerdings die lagerichtige Zufuhr der Elemente in Bezug auf die formangepasste Lochung des Blechteils und gegebenenfalls auf die Formgebung der Matrize, wenn diese einen polygonalen Bereich des Fügeabschnitts aufnehmen soll.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Verdrehsicherung auch durch Rippen oder Nasen bereitgestellt werden, die sich in radialer Richtung von dem Fügeabschnitt 22 in entsprechende Öffnungen oder Vertiefungen im Bereich der Lochwandung erstrecken.
Die Ansichten der 6 und 6A entsprechen grundsätzlich den der 5 bzw. 5A. Das in den 6 und 6A gezeigte Zusammenbauteil umfasst jedoch ein deutlich dickeres Blechteil 34' als das Zusammenbauteil der 5 und 5A, während das Mutterelement 10 unverändert ist. Es zeigt sich, dass die Verwendung des dickeren Blechteils 34' grundsätzlich keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Mutterelement 10 und dem Blechteil 34' hat, da der Fügeabschnitt 22 in gleicher Weise wie in der in den 5 und 5A gezeigten Montagesituation mit dem Blechteil 34' zusammenwirkt. Lediglich der Abstand d ist bei dem Zusammenbauteil der 6 und 6A größer.
7 zeigt ein Bolzenelement 10', das sich hinsichtlich des Fügeabschnitts 22 nicht von dem Mutterelement 10 unterscheidet. An der dem Kopfteil 12 abgewandten Seite des Fügeabschnitts 22 schließt sich ein Bolzenabschnitt 50 an. Der Bolzenabschnitt 50 kann glatt sein, wenn das Bolzenelement 10' als Lagerbolzen fungieren soll. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Bolzenabschnitt 50 ein Gewinde aufweist oder Gewinde formende oder Gewinde schneidende Komponenten umfasst. An den dem Fügeabschnitt 22 abgewandten Ende des Bolzenabschnitts 50 ist ein geneigter Abschnitt 32' vorgesehen, der als zusätzliche Einschlupffase dient und die Einführung des Bolzenabschnitts 50 in das Loch 48 erleichtert.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Bolzenabschnitt 50 kann ein Bolzenabschnitt 50' vorgesehen sein, der sich von dem Kopfteil 12 nach oben – d. h. von dem Blechteil 34 weg und nicht durch dieses hindurch – erstreckt (gestrichelt angedeutet).
Bezugszeichenliste

10: Mutterelement
10': Bolzenelement
12: Kopfteil
14, 14': lineares Segment
16, 16': Übergang
18: Blechanlagefläche
20: Mittelachse
22: Fügeabschnitt
24: Wulst
26: Rille
28: Bohrung
30, 30': Konus
32, 32': geneigter Abschnitt
34: Blechteil
36: Setzkopf
38: Aufnahme
40: Stirnseite
42: Matrize
44, 44': Oberfläche
46: Auflagefläche
48: Loch
50, 50': Bolzenabschnitt, Pilotteil, Schaftteil
B: Blickrichtung
d, d': Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 755749 B2 [0046]
GB 934101 A [0046]

Claims

Funktionselement, das zum Einpressen in ein Blechteil (34) ausgelegt ist, wobei das Funktionselement ein einen Flansch bildendes Kopfteil (12), eine am Kopfteil (12) ausgebildete Blechanlagefläche (18) und einen sich auf der Seite der Blechanlagefläche (18) vom Kopfteil (12) weg erstreckenden und insbesondere koaxial zu einer mittleren Längsachse (20) des Funktionselements angeordneten Fügeabschnitt (22) aufweist, wobei der Fügeabschnitt (22) unterhalb der Blechanlagefläche (18) einen umlaufenden Wulst (24) aufweist, wobei zwischen dem Wulst (24) und der Blechanlagefläche (18) eine umlaufende Rille (26) vorgesehen ist und wobei auf einer der Blechanlagefläche (18) abgewandten Seite des Wulstes (24) an dem Fügeabschnitt (22) ein relativ zu der Längsachse (20) geneigter erster Abschnitt (32) vorgesehen ist, der in einer Richtung von der Blechanlagefläche (18) weg konvergiert und entweder an oder unmittelbar benachbart zu einem freien Stirnende des Fügeabschnitts (22) endet oder in einen Schaftteil oder Pilotteil (50) übergeht.
Funktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (32) an dem Wulst (24) ausgebildet ist.
Funktionselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein relativ zu der Längsachse (20) geneigter zweiter Abschnitt (32') vorgesehen ist, der in einer Richtung von der Blechanlagefläche (18) weg konvergiert.
Funktionselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (32') an einem Pilotabschnitt (50) angeordnet ist, der sich von dem Wulst (24) in einer Richtung weg von der Blechanlagefläche (18) erstreckt.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Abschnitt (32 bzw. 32') eben oder gekrümmt sind.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Fügeabschnitts (22) in einem Bereich des der Blechanlagefläche (18) abgewandten Endes des ersten und/oder zweiten Abschnitts (32 bzw. 32') kleiner ist als ein Querschnitt des Fügeabschnitts (22) in einem Bereich der Rille (26).
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgelegt ist, um mit Blechteilen (34, 34') mit einer Festigkeit im Bereich von größer als 900 bis über 1600 MPa, vorzugsweise von etwa 1500 MPa, verwendet zu werden.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeabschnitt (22), der Wulst (24) und/oder die Rille (26) in Richtung der Längsachse (20) gesehen eine polygonale Außenkontur aufweisen, insbesondere wobei Übergänge (16, 16') von einer Seite des Polygons zur nächsten gerundet ausgeführt sind.
Funktionselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Kopfteil (12) in Richtung der Längsachse (20) gesehen eine der polygonalen Form des Fügeabschnitts (22), des Wulsts (24) und/oder der Rille (26) entsprechende polygonale Form aufweist.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (12), der Fügeabschnitt (22), der Wulst (24) und/oder die Rille (26) in Richtung der Längsachse (20) gesehen eine Außenkontur aufweisen, die im Wesentlichen kreisförmig ist.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verdrehsicherungsmerkmal vorgesehen ist, das sich in radialer Richtung von dem Fügeabschnitt (22), insbesondere von dem Wulst (24) und/oder der Rille (26) aus nach außen erstreckt.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement ein Mutterelement (10) ist, das eine Bohrung (28) zur Aufnahme eines Bolzenabschnitts eines Bolzenelements aufweist.
Funktionselement nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement ein Bolzenelement (10') ist, das einen Bolzenabschnitt (50, 50') aufweist, der sich in einer Richtung parallel, insbesondere koaxial zu der Längsachse (20) von dem Kopfteil (12) und/oder von dem Fügeabschnitt (22) weg erstreckt.
Zusammenbauteil umfassend ein Funktionselement (10, 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Blechteil (34, 34'), dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (34, 34') ein vorgefertigtes Loch (48) aufweist, in dem der Fügeabschnitt (22) derart angeordnet ist, dass die Oberflächen des Wulsts (24) und der Rille (26) zumindest teilweise mit einer Wandung des Lochs (48) in Kontakt stehen.
Zusammenbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Rille (26) ragende Teil der Wandung des Lochs (48) im Wesentlichen elastisch gegen den Fügeabschnitt (22) presst.
Zusammenbauteil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Blechanlagefläche (18) abgewandtes Ende des Fügeabschnitts (22) von der der Blechanlagefläche (18) abgewandten Seite (44) des Blechteils (34, 34') zurückversetzt ist.
Zusammenbauteil nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (34, 34') mit einer Sicke versehen ist, dass die der Blechanlagefläche (18) abgewandte Seite (44) des Blechteils (34, 34') unmittelbar außerhalb der Sicke in einer Ebene liegt und dass ein der Blechanlagefläche (18) abgewandtes Ende des Fügeabschnitts (22) innerhalb der Sicke von der der Blechanlagefläche (18) abgewandten Seite (44) des Blechteils (34, 34') vorsteht, jedoch von der genannten Ebene zurückversetzt ist.
Zusammenbauteil nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Funktionselement zumindest ein Verdrehsicherungsmerkmal aufweist, das sich in radialer Richtung von dem Fügeabschnitt (22), insbesondere von dem Wulst (24) und/oder der Rille (26) nach außen erstreckt, zumindest eine Verdrehsicherungsvertiefung entsprechend der Form des Verdrehsicherungsmerkmals in einer Wandung des Lochs (48) des Blechteils (34, 34') ausgebildet ist.