DE1962383A1

DE1962383A1 - Anordnung zum Befestigen von Teilen in einem Werkstueck

Info

Publication number: DE1962383A1
Application number: DE19691962383
Authority: DE
Inventors: Eric Persson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-12-12
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR2026040A1; US3571903A; GB1289694A

Description

IBM Deutschland internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 11. Dezember 1969 wi-rz

Anmelderin:

Amtliches Aktenzeichen:

International Business Machines Corporation, Annonk, N.Y. 10 504

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket RO 968 011

Anordnung zum Befestigen von Teilen in einem Werkstück

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Befestigen von Teilen in einem vorzugsweise plattenförmigen Werkstück mittels Bolzen, Stiften oder ähnlichen Elementen, welche fest mit dem Werkstück verbunden werden, und die sodann als Halterung, Distanzstücke usw. für das auf dem Werkstück zu befestigende Teil dienen.

Es ist üblich, solche Bolzen oder Stifte in in dem Werkstück befindliche Bohrungen einzusetzen und anschließend zu verschweissen, anzustauchen oder einzupressen. Der Nachteil dieser Befestigungsart ist, daß für jeden Stift vorher eine Bohrung in das Werkstück eingebracht werden muß, wobei Werkzeug und Werkstück in der geforderten Genauigkeit zueinander ausgewichtet werden müssen. Die Warmbehandlung zum Befestigen solcher Bolzen in einem Werkstück hat außerdem häufig Ungenauigkeiten beim Ausrichten der Teile sowie ein Verziehen zur Folge, insbesondere wenn das Werkstück verhältnismäßig dünn, z.B. als metallische Platte geringer Wandstärke ausgebildet ist.

Für solche Werkstücke wird erfindungsgemäß eine Anordnung vorgeschlagen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und eine ebenso einfache wie sichere Befestigung der Bolzen in der Platte gewährleistet. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,

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daß der unter einer Normalkraft einzudrückende Bolzen an seinem vorderen Ende einen zylindrischen Führungsteil mit einer Sohneid-• kante und daran anschließend, durch eine Ringnut getrennt, einen Ringteil aufweist, dessen Durchmesser etwas größer als der Druchmesser des Führungsteils ist. r^fern es sich bei dem Werkstück um eine Platte geringer WandL Ice handelt, wird dabei der Bolzen selbst gleichzeitig als Lochstempel wirksam, so daß ein vorheriges Bohren der Platte nicht erforderlich ist.

Bei einer vorwiegenden Biegebeanspruchung des Bolzens wird er vorzugsweise so ausgebildet, daß der in die Platte einzu- _ führende Teile gegenüber dem Bolzenschaft abgesetzt und mit " kleinerem Durchmesser ausgeführt ist, so daß die dadurch ent. stehende Radialfläche auf der Plattenoberfläche aufliegt. Wird hingegen der Bolzen vorwiegend auf Zug beansprucht, so wird der in die Platte einzuführende Teil vorzugsweise mit gleichem Durchmesser wie der Bolzenschaft ausgeführt, damit zwischchen dem Bolzen und der Platte eine möglichst große Verbindungsfläche erreicht wird.

Beim Einführen des erfindungsgemäß ausgebildeten Bolzens in das Werkstück wird, wenn es sich um ein gut kaltverformbares Material handelt _t das gestauchte Material in die Ringnut hineingepresst. Bei härteren Werkstoffen, wie z.B. Stahl, gelangt das ^ mit der Einführung des Bolzens von dem Werkstück abgescherte Material ebenfalls in die Ringnut. Voraussetzung für eine einwandfreie Wirkungsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Bolzens ist lediglich, daß der Werkstoff des'Bolsens zumindest etwas härter als der Werkstoff der Platte ist.

Der Bolzen kann nach einer für besonders schwer verformbare Werkstoffe, z.B. Spritzguß, bevorzugt anwendbaren Ausführungsform eine konusförmige Ringnut aufweisen* die sich, beim Füh· rungsteil beginnend, kegelförmig verjüngt und sodann über einen Radius in den Ringteil übergeht. Bei Werkstücken größerer Picke, bei denen ein gleichzeitiges Ausstanzen "des Loches zur 'Aufnahme des Bolzens nicht möglich ist, wlxü nach einem weiteren

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' BAD ORIGINAL

Vorschlag in" das Werkstück eine konische Ausdrehung gebohrt, deren größter Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Ringnut und etwas größer als der Durchmesser des Führungsteils ist. Das durch spanabhebende Wirkung abgelöste Material des Werkstücks sammelt sich hierbei beim Einführen unterhalb des Führungsteils und in der Ringnut*

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen?

Fig. 1 einen erfindungemäß ausgebildeten Bolzen vor seinem Einführen in ein als Platte ausgebildetes Werkstück,

Fig. la eine weitere schaubildliche Ansicht des Bolzens gemäß . Fig. 1,

Fign. 2a,

2b + 2c verschiedene Phasen beim Einführen des Bolzens gemäß Fig. 1 in eine Platte,

Fign. 3a

+ 3b verschiedene Phasen beim Einführen einer anderen Ausführungsform des Bolzens in eine Platte,

Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht des vorderen Endes des Bolzens gemäß Fig. 1,

Fig. 5 den Bolzen in der Ausführung gemäß Fig» 4 in seiner Stellung zu Beginn des Einführens in eine Platte,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Bolzens,

Fign. 7

+.8 als weitere Ausführungsform ein Bolfcen in verbindung mit einer mit einer konischen Äusdrehung versehenen Platte vor dem Einführen und nach dem Einführen des

Bolzens und ^: ' \ ' - '

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Fig. 9 eine weitere Alternativausführung des Bolzens für die Anordnung nach Fig. 7 und 8.

Gemäß den Fign. 1 und la weist der Stiftbolzen 10, der in der durch den gestrichelten Kreis 13 anangedeuteten Position auf einem Werkstück 11 befestigt werden soll, an seiner Unterseite einen zylindrischen Führungsstempel 16 mit einer unteren Führungsfläche 15 auf ir an deren Außenkante eine Scherkante 17 gebildet ist. Oberhalb des zylindrischen Führungsstempels 16 ist eine Ringnut 20 angeordnet, an die sich ein Ringteil 18 von etwas größerem Durchmesser als der Führungsstempel 16 anschließt. Zwischen dem Ringteil 18 und dem eigentlichen Stiftbolzen 10 ist eine weitere Ausdrehung 22 vorgesehen.

Gemäß den Fign. 2a bis 2c, in denen die einzelnen Phasen beim Befestigen des Stiftbolzens 10 auf dem Werkstück 11 dargestellt sind, wird, wie in Fig. 2a gezeigt, der Stiftbolzen 10 zunächst mit einer Stempelführungsbohrung 26 in einer unter dem Werkstück 11 angeordneten MMatrizenplatte 27 ausgerichtet. Das Werkstück 11 ist im Ausführungsbeispiel als ebene Platte angenommen. Sodann wird auf die Kopffläche 30 des Stiftbolzens 10 ein Stößel 29 wirksam, so daß die Führungsfläche 15 aus dem Werkstück 11 einen entsprechenden Ausschnitt ausstanzt und in die Stempelführungsbohrung 26 schiebt (Fig. 2b). Es wird bemerkt, daß der Durchmesser der Kopffläche 30 des Stiftbolzens 10 nicht größer ist als der Schaftteil des Stiftbolzens 10. Spätestens wenn der Stiftbolzen.10 zur Hälfte in das Werkstück 11 eingedrungen ist, erfolgt die Abscherung des Ausschnittes.

Sobald im weiteren Verlauf des Abwärtshubes der Ringteil 18 in~däs Werkstück 11 eindringt, wird infolge des größeren Durchmessers des Ringtelless 18 das Werkstück 11 so verformt, daß unter der Stauchwirlmmf Material in die Ringnut 20 gelangt, pel verhAltniamSdlg leicht verformbarem Material, wie z.B. Aluminium^ geschieht dies im Weps aar Kaltverformung, während bei schwerer verformbaren Materialien?, wie z.B. Stahl, die Singnut zumindest teilweise infolge einer gewisses- Serspanungswirkung Docket RO 968 011 009827/1 3 0 5

gefüllt wird. Hierbei spielt auch die Vorschubgeschwindigkeit des Stößels 29 eine Rolle, in dem bei verhältnismäßig geringer Vorschubgeschwindigkeit eher eine Kaltverformung erreicht wird. Die Endstellung des Stiftbolzens 10 auf dem Werkstück 11 ist definiert durch das Aufliegen der Radialfläche 31 auf der Oberfläche 32 des Werkstücks 11, wobei die Ausdrehung 22 den Kontakt zwischen beiden Planflächen begünstigt.

In der Ausführungsform des Stiftbolzens gemäß den Fign. 3a + 3b ist zwischen dem Schaftteil des Stiftbolzens und dem Ringteil

35 keine Ausdrehung vorgesehen. Wie die Pign. zeigen, dringt mit dem Vorschub des Stiftbolzens in das Werkstück 36 das verformte Material nicht nur in die Ringnut 36, die ähnlich der Ringnut 20 ausgebildet ist, ein, sondern es bildet sich am oberen Rand der ausgestanzten Bohrung des Werkstücks 36 auch eine ringförmige Stauchung 38. In diesem Fall wird der Kontakt zwischen der Radialfläche 39 des Stiftbolzens und dem Werkstück

36 durch diese Stauchung gebildet. Xm Fall der Biegebeanspruchung des Stiftbolzens ist jedoch diese Art der Auflage unerwünscht, da hier die Verbindungsfläche zwischen beiden Teilen mit dem größten Durchmesser für die Widerstandsfähigkeit gegen Biegebeanspruchung maßgebend ist. Demgegenüber ermöglicht die Ausführung gemäß Fig. 2 ein Eindringen des verformten Materials des Werkstücks 11 in die Ausdrehung 22, wodurch der Auflagekontakt zwischen dem Stiftbolzen und dem Werkstück wesentlich verbessert wird. Eine Verbesserung wird jedoch nicht nur im Hinblick auf eine erhöhte Beanspruchbarkalt auf Biegung erzielt, sondern auch hinsichtlich der genauen Vertikalausrichtung des Stiftbolzene und in Bezug auf die MaStreue relativ zur Oberfläche des Werkstücks.

Bei der in Fig. 4 gezeigten AuefUhrungeform des Stiftbolsens ist die zwischen dem Führungsstempei 40 und dem Ring teil 41 eingedrehte Ringnut unsymmetrisch gestaltet, indem sie im unteren Bereich, am Fülmmgsetempei 40 befinaegäd, amnlehst als Storni® »it einem Winkel von etwa 35° zvm Bdlsraaehaffc hin 1st. Daran schließt sicih min Radius in der v&® d@sr Docket ROn f$® 011. 008827/1306

-her· bestimmtes- Mindestgröße an. Der Durchmesser des Ringteiles ist usa etwa 4 % gröBer als der Durchmesser des Führungsstempels 40. Dieses Verhältnis ist dadurch begründet, daß dwie Fig. 5 zeigte bei dem Stanzvorgang infolge der Abscherung im Werkstück, ausgehend vom Durchmesser der Scherkante 17, eine sich nach unten erweiternde Kegelform bildet, wie durch die schraffiert gezeichnete Fläche 33 dargestellt.

Die Ausführung mit einer Radialfläche 31, wie sie in den verschiedenen Formen gemäß den Fign. 1 bis 5 dargestellt ist, ist immer dann zu bevorzugen, wenn der Stiftbolzen im wesentlichen Biegemomente aufnehmen soll. Bei vorwiegend axialer Zugbeanspruchung des Stiftbolzens ist dagegen die in Fig. 6 gezeigte Ausführung zu bevorzugen bei der die Ringnut unmittelbar in den Bolzenschaft übergeht und keine Radialfläche 31 mit zugehöriger Ausdrehung vorgesehen ist.

Wenn ein Stiftbolzen der beschriebenen Art in einem verhältnismäßig harten, schwer verformbaren Werkstoff befestigt werden soll, wie z.B. Spritzguß, wird die Ausbildung gemäß den Fign. 7 und 8 zu bevorzugen sein. Hier ist zwischen einem Führung»· stempel 50 und einem Ringteil 51 eine Ringnut 52 angeordnet. Das Werkstück 54, in dem der Stiftbolzen befestigt werden soll, weist eine konische Ausdrehung 55 auf, deren größter Durchmesser an der Oberfläche des Werkstücks 54 etwas geringer ist als der Durchmesser des Ringteils 51. Der Durchmesser des Führungsstempels 50 ist wiederum etwas größer als die konische Ausdrehung in ihrem unteren Bereich. Der Stiftbolzen wird nun

ji~di^_^ssdi^!@imng bis die Radialfläche

56 auf der Oberfläche des Werkstücks 54 aufliegt. Dabei sind die Scherkanten 58 und 59 des Führungsstempels 50 bzw«, des Ringteils 51 spanabhebend auf die konische Ausdrehung 55 wirksam, und das hierbei abgeräumte Material des Werkstücks 54 sammelt sich unterhalb der Scherkante 53 im untersten Bereich der Äusdrehung 55 bzw* in der Ringnut 52, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Wird der Stiftbolzen in .axialer Richtung, nämlich auf Zug beansprucht* so bildet sich ein. ©ntgegengerichteter 'Docket, no-968 ou 0Q8827713Q6 ..

Widerstand sowohl durch die Reibungsverbindung zwischen dem Führungsstempel 50 und dem Ringteil 51 mit der Ausdrehung 55 als auch durch das in der Ringnut 52 angesammelte Material. Zur Unterstützung des Einbringens von Stiftbolzen in Werkstücke aus hartem Material und insbesondere für eine verbesserte Ausrichtung in der Ausdrehung 55 kann an der Unterseite des Stiftbolzens eine konische Verjüngung 60 vorgesehen werden; der Außendurchmesser der Verjüngung 60 muß jedoch um einen bestimmten Betrag geringer als derjenige der Scherkante 61 gewählt sein, damit die Scherwirkung der Scherkante 61 beim Eindringen des Stiftbolzens in das Werkstück nicht beeinträchtigt wird.

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Claims

ο . ÄHordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch ein Durch= messerverhältnis des Ringteils (18; 35? 41,-.51) und des

i? 40, 50)'von 1,04 % 1,0.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (52), vom Führungsteil (50) beginnend, im wesentlichen konusförmig ausgebildet ist.

nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Auszwisehen dem Ringteil (18) und dem Bolzenschaft.

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leite des Führungsteiis eine konusförmige Verjüngung

aufweist.

6. Anordnung aaeh Äaspruch 1 für @±n Werkstück- aus sehwer verfo£iibar@m Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, "daß smr Aufnahm© d©s Bol^emm (10) in d@is Werkstück (54) @ia© koni· geli© Äusdretiunf (55Ί ®ag@©rdn©t ist, deren größter Durchaess^K¹ @t\uB.m lzl®&&&% al© der Disretasasser des Ringteils (51). rad efe%?as f%δΒ®%· -si® der

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Durchmesser der konischen Äusdrehtsng (55) in dem dem Führungsteil CSO) zugeordneten Bereich etwas kleiner als der Durchmesser des Führungsteils (50) ist.

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