DE202005015713U1 - Self-punching rivet for use with thin plastic components has tubular body with shaft and head and cutting edge at opposite end to head, section below this being turned back on itself to fasten rivet - Google Patents

Self-punching rivet for use with thin plastic components has tubular body with shaft and head and cutting edge at opposite end to head, section below this being turned back on itself to fasten rivet Download PDF

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Abstract

The self-punching rivet for use with thin plastic components (2) has a tubular body with a shaft (6) and head (8). This has a cutting edge (18) at the opposite end to the head and a section (16) below this which can be turned back on itself. An independent claim is included for a tool for fastening the rivet in place.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbststanzenden Befestiger sowie eine Vorrichtung zum Verbinden des selbststanzenden Befestigers durch Stanzen und Umbördeln mit einem dünnwandigen Kunststoffteil.The The present invention relates to a self-piercing fastener and a device for connecting the self-piercing fastener Punching and beading with a thin-walled Plastic part.

Es ist bekannt, Kunststoffteile mittels Hülsen oder Buchsen lokal zu verstärken, um Anbauteile an dem Kunststoffteil beispielsweise mittels einer Schraubverbindung anzubringen. Entsprechend verstärkte Kunststoffteile werden in zahlreichen Bereichen der Industrie benötigt. Beispielsweise handelt es sich bei derartigen Kunststoffteilen um Strukturbauteile in der Fahrzeugindustrie wie Fußgängerschutz, Unterfahrschutz, Multifunktionswannen, Staufächer, Ölwannen, Unterbodenverkleidungen, etc.It It is known to plastic parts by means of sleeves or bushings locally strengthen to attachments to the plastic part, for example by means of a screw connection to install. Accordingly strengthened Plastic parts are needed in many areas of industry. For example Such plastic parts are structural components in the automotive industry such as pedestrian protection, Underride protection, multifunctional pans, storage compartments, oil pans, underbody coverings, etc.

Zu diesem Zweck sind Befestiger in Form buchsenförmiger Kaltfließpressteile bekannt, die in geformte oder gestanzte Löcher der Kunststoffteile kalt eingepresst werden. Die vorbekannten Lösungen sind jedoch im Hinblick auf verschiedene Anforderungen wie Wirtschaftlichkeit, geringe Herstellungs- und Montagekosten, Umweltverträglichkeit, Verbindungsqualität, Platzbedarf u.a. verbesserungsfähig.To For this purpose, fasteners in the form of bush-shaped Kaltfließpressteile known to cold in molded or punched holes of the plastic parts be pressed. However, the previously known solutions are in view to various requirements such as economy, low manufacturing and assembly costs, Environmental compatibility, quality of connection, space requirement et al improvement.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstanzenden Befestiger sowie eine Vorrichtung zum Verbinden des selbststanzenden Befestigers mit einem Kunststoffteil durch Stanzen und Umbördeln zu schaffen, die sich durch hohe Wirtschaftlichkeit, insbesondere einfache Herstellbarkeit und Montage, sowie durch sehr gute Qualität der Verbindung zwischen dem Befestiger und dem Kunststoffteil auszeichnen.Of the present invention is based on the object, a self-staring Fastener and a device for connecting the self-piercing Fastener with a plastic part by punching and flanging too create, characterized by high efficiency, especially simple Manufacturability and assembly, as well as very good quality of the connection between the fastener and the plastic part.

Der selbststanzende Befestiger gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung zum Verbinden des selbststanzenden Befestigers mit dem Kunststoffteil ist in Anspruch 14 definiert.Of the Self-piercing fasteners according to the present invention The invention is defined in claim 1. The device for connecting of the self-piercing fastener with the plastic part is in claim 14 Are defined.

Der erfindungsgemäß ausgebildete selbststanzende Befestiger, der durch Stanzen und anschließendes Umbördeln mit dem dünnwandigen Kunststoffteil verbindbar ist, besteht aus einem hülsenförmigen Hohlkörper mit einer Durchgangsbohrung, deren Innenwand als Funktionsteil ausgebildet ist. Der Hohlkörper weist einen Schaft und einen Kopf auf, von denen der Kopf an einem axialen Ende des Schaftes vorgesehen ist und der Schaft an seinem anderen axialen Ende einen umbördelbaren Bereich mit einer Schneidkante zum Durchstanzen des Kunststoffteils hat.Of the formed according to the invention Self-piercing fastener by punching and then crimping with the thin-walled plastic part is connectable, consists of a sleeve-shaped hollow body with a through hole whose inner wall is formed as a functional part. The hollow body has a shaft and a head, of which the head on a axial end of the shaft is provided and the shaft at its other axial end a beadable Area with a cutting edge for punching through the plastic part Has.

Der erfindungsgemäß ausgebildete selbststanzende Befestiger ist ein einfaches und kostengünstig herstellbares Bauteil, das auf wirtschaftliche Weise mit dem Kunststoffteil verbunden werden kann. Hierzu ist lediglich erforderlich, dass der Schaft des Befestigers in einem einfachen Stanzvorgang durch das Kunststoffteil getrieben wird und anschließend der über das Kunststoffteil überstehende Bereich des Befestigers auf das Kunststoffteil umgebördelt wird.Of the formed according to the invention Self-piercing fastener is a simple and inexpensive to produce Component that is economically connected to the plastic part can be. For this it is only necessary that the shank of Fastener in a simple punching process through the plastic part is driven and subsequently the over the plastic part protruding Area of the fastener is crimped to the plastic part.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Verbinden des selbststanzenden Befestigers weist auf: einen antreibbaren Setzstempel, der auf einer Seite des Kunststoffteils angeordnet ist und zum Setzen des selbststanzenden Befestigers im Kunststoffteil dient, einen Zapfen, der dem Setzstempel zugeordnet - und in die Durchgangsbohrung des Befestigers einführbar ist, um beim Setzvorgang den Befestiger zu halten und zusammen mit dem Befestiger das Kunststoffteil zu durchstanzen, eine Matrize, die auf der dem Setzstempel gegenüberliegenden Seite des Kunststoffteils angeordnet und mit einem Loch versehen ist, das den umbördelbaren Bereich des Befestigers beim Setzvorgang aufnimmt, und einen Bördelstempel, der auf der dem Setzstempel gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und einen Vorsprung mit einer vorgegebenen Kontur hat, um nach dem Setzvorgang und Entfernen der Matrize den umbördelbaren Bereich des Befestigers auf das Kunststoffteil umzubördeln.The formed according to the invention Device for connecting the self-piercing fastener has on: a drivable setting stamp, on one side of the plastic part is arranged and for setting the self-piercing fastener in the plastic part serves, a pin, which is assigned to the setting stamp - and in the Through hole of the fastener is inserted to the setting process to hold the fastener and together with the fastener the plastic part to punch, a die, on the opposite side of the set temple the plastic part is arranged and provided with a hole, that the umbördelbaren Area of the fastener during the setting process receives, and a crimping, the arranged on the opposite side of the set temple is and has a projection with a given contour to go to the setting process and removing the die the umbördelbaren Flanging the area of the fastener onto the plastic part.

Mit dieser Vorrichtung kann der erfindungsgemäß ausgebildete selbststanzende Befestiger schnell und funktionssicher mit dem Kunststoffteil verbunden werden. Der Setzstempel treibt den Schaft des Befestigers sowie den vom Befestiger aufgenommenen Zapfen in einem einzigen Stanzvorgang durch das Kunststoffteil, bis der Kopf des Befestigers ein weiteres Eindringen des Befestigers in das Kunststoffteil verhindert. Anschließend wird der über das Kunststoffteil hinaus ragende Bereich des Befestigers von dem Bördelstempel auf das Kunststoffteil umgebördelt, wodurch der Befestiger im Kunststoffteil festgelegt ist und seine Funktion als buchsenförmige Verstärkung des Kunststoffteils ausüben kann.With This device can be inventively designed self-piercing Fastener quickly and functionally connected to the plastic part become. The Setzstempel drives the shank of the fastener as well the pin received by the fastener in a single punching operation through the plastic part until the head of the fastener another Penetration of the fastener in the plastic part prevented. Subsequently, will the over the plastic part outwardly projecting portion of the fastener of the flanging flanged over to the plastic part, whereby the fastener is fixed in the plastic part and its Function as a socket-shaped reinforcement exercise the plastic part can.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängen Ansprüchen definiert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden ein Ausführungsbeispiel und weitere Einzelheiten der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:Based the attached Drawings become an embodiment and further details of the invention explained in more detail. It shows:

1 eine stark schematisierte Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Verbinden eines selbststanzenden Befestigers mit einem dünnwandigen Kunststoffteil; 1 a highly schematic plan view of an apparatus for connecting a self-piercing fastener with a thin-walled plastic part;

2 eine vergrößerte Darstellung des selbststanzenden Befestigers in 1; 2 an enlarged view of the self-piercing fastener in 1 ;

3 eine fertige Verbindung zwischen dem selbststanzenden Befestiger und dem Kunststoffteil. 3 a finished connection between the self-piercing fastener and the plastic part.

Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung dient zum Verbinden eines selbststanzenden Befestigers 4 mit einem dünnwandigen Kunststoffteil 2. Wie in 3 zu sehen ist, bildet dann der Befestiger eine buchsen- bzw. hülsenförmige Verstärkung des Kunststoffteils 2, um beispielsweise über eine Schraubverbindung ein Anbauteil (nicht gezeigt) mit dem Kunststoffteil 2 zu verbinden. Wie eingangs erläutert, gibt es hierfür zahlreiche Anwendungsgebiete, so z.B. in der Fahrzeugtechnik, wo Strukturbauteile aus Kunststoff mit anderen Karosserieteilen verbunden werden müssen.In the 1 schematically illustrated device is used to connect a self-piercing fastener 4 with a thin-walled plastic part 2 , As in 3 can be seen, then the fastener forms a bushing or sleeve-shaped reinforcement of the plastic part 2 for example, via a screw connection an attachment (not shown) with the plastic part 2 connect to. As explained above, there are numerous fields of application for this, for example in vehicle technology, where structural components made of plastic must be connected to other body parts.

Der in 2 vergrößert dargestellte selbststanzende Befestiger 4 ist als hülsen- bzw. buchsenförmiger Hohlkörper ausgebildet, der aus einem Schaft 6 und einem mit diesem einstückig verbundenen Kopf 8 besteht. Der Hohlkörper ist von einer Durchgangsbohrung 10 durchsetzt. Die Umfangswand 12 der Bohrung 10 dient als Funktionsteil des Befestigers 4. Im dargestelten Ausführungsbeispiel ist die Umfangswand 12 glattwandig ausgebil det. Je nach Anwendungsfall kann sie jedoch auch mit einem Innengewinde (nicht gezeigt) oder einem anderen Funktionsteil versehen werden.The in 2 magnified self-piercing fasteners 4 is formed as a sleeve or bush-shaped hollow body, which consists of a shaft 6 and a head integrally connected thereto 8th consists. The hollow body is of a through hole 10 interspersed. The peripheral wall 12 the bore 10 serves as a functional part of the fastener 4 , In the illustrated embodiment, the peripheral wall 12 smooth-walled ausgebil det. Depending on the application, however, it can also be provided with an internal thread (not shown) or another functional part.

Die äußere Umfangsfläche 14 des Schaftes 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildet. In Sonderfällen könnte jedoch auch eine ovale, gezackte oder andere unrunde Form gewählt werden.The outer peripheral surface 14 of the shaft 6 is cylindrical in the illustrated embodiment. In special cases, however, an oval, serrated or other non-circular shape could be chosen.

Die axiale Länge des Schaftes 6 ist größer als die Dicke des Kunststoffteils 2, um den Schaft 6 nach dem Durchstanzen des Kunststoffteils umbördeln zu können. Zu diesem Zweck ist der Schaft 6 an dem vom Kopf 8 abgewandten Ende mit einem umbördelbaren Bereich 16 versehen, der in einer umlaufenden Schneidkante 18 endet. Die Schneidkante 18 wird von einer am Innenumfang des Schaftes 6 gebildeten Fase 20 in Form einer konischen Fläche gebildet. Der Winkel, den die Fase 20 mit der zylindrischen Umfangsfläche 14 des Schaftes 6 einschließt, liegt beispielsweise in der Größenordnung von 20° bis 50° und vorzugsweise in der Größenordnung von 30° bis 40°. Die Geometrie der Schneidkante 18 wird in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften wie z.B. Festigkeit und/oder Fasergehalt des Kunststoffteils 2 gewählt.The axial length of the shaft 6 is greater than the thickness of the plastic part 2 to the shaft 6 to be able to crimp after punching through the plastic part. For this purpose, the shaft 6 on the head 8th opposite end with a beadable area 16 provided in a circumferential cutting edge 18 ends. The cutting edge 18 is from one on the inner circumference of the shaft 6 formed bevel 20 formed in the form of a conical surface. The angle that the chamfer 20 with the cylindrical peripheral surface 14 of the shaft 6 includes, for example, in the order of 20 ° to 50 °, and preferably in the order of 30 ° to 40 °. The geometry of the cutting edge 18 depends on the material properties such as strength and / or fiber content of the plastic part 2 selected.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Fase 20 und der inneren Umfangsfläche 12 eine Stufe in Form einer zylindrischen Fläche 22 und einer konischen Fläche 24 vorgesehen. Die Stufe, die für eine Querschnittsverringerung des Schaftes 6 im umbördelbaren Bereich 16 sorgt, erleichtert das Umbördeln des Befestigers 4 auf das Kunststoffteil 2. Je nach Anwendungsfall kann jedoch die Fase 2 der Schneidkante 18 auch ohne Stufe, d.h. unmittelbar in die zylindrische Umfangsfläche 12 übergehen.In the illustrated embodiment is between the chamfer 20 and the inner peripheral surface 12 a step in the form of a cylindrical surface 22 and a conical surface 24 intended. The level necessary for a cross-sectional reduction of the shank 6 in the beadable area 16 makes it easier to flare the fastener 4 on the plastic part 2 , Depending on the application, however, the chamfer can 2 the cutting edge 18 without step, ie directly into the cylindrical peripheral surface 12 pass.

Der Kopf 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als scheibenförmiger Flansch mit zylindrischer Außenfläche 26 ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung des Kopfes 8 empfiehlt sich, wenn die Durchgangsbohrung 12 glattwandig ausgebildet ist. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Kopfformen wie z.B. ein Senkkopf möglich sind.The head 8th is in the illustrated embodiment as a disc-shaped flange with a cylindrical outer surface 26 educated. Such a design of the head 8th is recommended if the through hole 12 is formed smooth-walled. It is understood, however, that other head shapes such as a countersunk head are possible.

Ist die Umfangswand 12 der Durchgangsbohrung 10 mit einem Gewinde versehen, so empfiehlt sich ein Kopf mit einer unrunden Außenfläche wie z.B. einem Sechskant oder einem Außenvielzack(= torx). In diesem Fall wird der Kopf in das Kunststoffteil eingepresst; der hieraus resultierende Formschluss zwischen Befestiger und Kunststoffteil erhöht dann die Verdrehfestigkeit des Befestigers.Is the peripheral wall 12 the through hole 10 provided with a thread, so we recommend a head with a non-circular outer surface such as a hexagon or a Außenvielzack (= torx). In this case, the head is pressed into the plastic part; the resulting positive connection between the fastener and plastic part then increases the torsional strength of the fastener.

Der Befestiger 4 kann aus einem vergüteten Stahl oder anderen Werkstoffen bestehen, wie sie für selbststanzende Niete verwendet werden. Vorzugsweise besteht jedoch der Befestiger 4 aus einem bleifreien Messing, welches im Gegensatz zu Stahl keinen gesonderten Korrosionsschutz erfordert und wegen des fehlenden Bleigehalts umweltfreundlich ist. In Frage kommen beispielsweise CuZn 21 Si3. Die Festigkeit des Werkstoffes sollte größer als 600 N/mm2, vorzugsweise größer als 700 N/mm2 (MPa) sein und beispielsweise in der Größenordnung von 700 bis 1000 N/mm2 liegen.The fastener 4 can be made of tempered steel or other materials such as those used for self-piercing rivets. Preferably, however, there is the fastener 4 Made of a lead-free brass, which in contrast to steel does not require special corrosion protection and is environmentally friendly because of the lack of lead content. For example, CuZn 21 Si 3 are suitable. The strength of the material should be greater than 600 N / mm 2 , preferably greater than 700 N / mm 2 (MPa) and be for example of the order of 700 to 1000 N / mm 2 .

Das Kunststoffteil 2 kann aus einem beliebigen Kunststoff bestehen. In Frage kommen glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe, wie sie beispielsweise in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden.The plastic part 2 can be made of any plastic. In question come glass or carbon fiber reinforced plastics, such as those used for example in the automotive industry.

Im folgenden werden Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden des selbststanzenden Befestigers 4 mit dem Kunststoffteil 2 beschrieben:
Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Setzstempel 32, einem Zapfen 34, einer Matrize 36 und einem Bördelstempel 38. Der Setzstempel 32 und der Zapfen 34 sind auf einer Seite des Kunststoffteils 2 angeordnet, während die Matrize 36 und der Bördelstempel 38 auf der gegenüberliegenden Seite des Kunststoffteils 2 angeordnet sind.In the following, the apparatus and method for connecting the self-piercing fastener 4 with the plastic part 2 described:
In the 1 schematically illustrated device consists of a setting punch 32 a cone 34 , a die 36 and a crimping stamp 38 , The settlement stamp 32 and the pin 34 are on one side of the plastic part 2 arranged while the die 36 and the crimping stamp 38 on the opposite side of the plastic part 2 are arranged.

Der Setzstempel 32 kann ein herkömmlicher Setzstempel sein, wie er beispielsweise beim selbststanzenden Nieten verwendet wird. Er wird hydraulisch, pneumatisch oder auf andere Weise motorisch angetrieben. Der Zapfen 34 ist dem Setzstempel 32 so zugeordnet, dass er zusammen mit diesem oder unabhängig von diesem antreibbar ist.The settlement stamp 32 may be a conventional setting die, as used for example in self-piercing riveting. It is hydraulically, pneumatically or otherwise powered by a motor. The pin 34 is the setting stamp 32 assigned so that it is drivable together with this or independently of this.

Der Setzstempel kann am Kopf 8 des Befestigers 4 angreifen, um eine Fügekraft auf den Befestiger 4 zu übertragen. Der Durchmesser des Zapfens 34 ist so gewählt, dass der Zapfen 34 in die Durchgangsbohrung 10 des Befestigers eingeführt werden kann. Hierbei sind der Durchmesser der Durchgangsbohrung 10 des Befestigers und der Durchmessers des Zapfens 34 so aufeinander abgestimmt, dass der Befestiger mit minimalem Spiel auf dem Zapfen 34 sitzt, um eine Stabilisierung zu bewirken.The Setzstempel can on the head 8th of the fastener 4 Attack to a joining force on the fastener 4 transferred to. The diameter of the pin 34 is chosen so that the pin 34 into the through hole 10 of the fastener can be inserted. Here are the diameter of the through hole 10 the fastener and the diameter of the pin 34 Matched so that the fastener with minimal play on the pin 34 sits to effect stabilization.

Die axiale Länge des Zapfens 34 ist vorzugsweise geringfügig größer als die axiale Länge des Befestigers 4, so dass die Stirnseite 38 des Zapfens 4 geringfügig über die Schneidkante 18 vorsteht, wenn der Befestiger 4 zusammen mit dem Zapfen 34 durch das Kunststoffteil 2 getrieben werden, wie noch genauer erläutert wird. Der Überstand der Stirnfläche 38 des Zapfens 34 gegenüber der Schneidkante 18 liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,3 bis 1 mm.The axial length of the pin 34 is preferably slightly larger than the axial length of the fastener 4 so the front side 38 of the pin 4 slightly above the cutting edge 18 protrudes when the fastener 4 along with the pin 34 through the plastic part 2 be driven, as will be explained in more detail. The supernatant of the face 38 of the pin 34 opposite the cutting edge 18 is, for example, in the order of 0.3 to 1 mm.

Die Stirnseite 38 des Zapfens 34 ist vorzugsweise konkav, z.B. in Form einer Hohlkehle, ausgeführt. In Abhängigkeit von den Werkstoffen der zu durchstanzenden Kunststoffteile kann jedoch auch eine konvexe (ballige) oder ebene Kontur für die Stirnfläche 38 gewählt werden.The front side 38 of the pin 34 is preferably concave, for example in the form of a groove executed. Depending on the materials of the plastic parts to be punched but can also have a convex (convex) or even contour for the face 38 to get voted.

Die Matrize 36 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ringförmige Scheibe mit einem zentralen durchgehenden Loch 40 ausgebildet. Sie ist zwischen der in 1 dargestellten Stellung, in der sie auf einer gemeinsamen Achse mit dem Setzstempel 32, dem Zapfen 34 und dem Bördelstempel 38 liegt, seitlich so weit verstellbar, dass sie eine axiale Verstellung des Bördelstempels 38 in Richtung auf das Kunststoffteil 2 nicht behindert.The matrix 36 is in the illustrated embodiment as an annular disc with a central through hole 40 educated. She is between the in 1 position shown, in which they are on a common axis with the Setzstempel 32 , the pin 34 and the crimping stamp 38 is, laterally so far adjustable that they an axial adjustment of the crimping punch 38 towards the plastic part 2 not disabled.

Der Bördelstempel 38 ist fluchtend zu Setzstempel 32, Zapfen 34 und Matrize 36 angeordnet und ist – wie der Setzstempel 32 – hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise motorisch antreibbar. An seiner dem Kunststoffteil 2 zugewandten Stirnseite ist der Bördelstempel 38 mit einem Vorsprung 42 versehen, der eine vorgegebene Kontur 44 zum Umbördeln des Bereichs 16 des Befestigers 4 hat, wie im folgenden noch genauer erläutert wird.The crimping stamp 38 is in alignment with Setzstempel 32 , Cones 34 and die 36 arranged and is - like the Setzstempel 32 - Hydraulically, pneumatically or otherwise driven by a motor. At his the plastic part 2 facing end face is the crimping punch 38 with a lead 42 provided that a given contour 44 for crimping the area 16 of the fastener 4 has, as will be explained in more detail below.

Es wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben:
In einem ersten Arbeitsschritt, dem Setz- bzw. Stanzvorgang, werden der Befestiger 4 zusammen mit dem Zapfen 34 durch das Kunststoffteil 2 getrieben. Hierbei sitzt der Befestiger 4 praktisch spielfrei auf dem Zapfen 34, wobei der Kopf 8 an der betreffenden Stirnseite des Setzstempels 32 anliegt und der Zapfen 34 die Durchgangsbohrung 10 des Befestigers 4 – bis auf den Zwischenraum zwischen dem umbördelbaren Bereich 16 und dem Zapfen 34 – verschließt. Wie bereits vorstehend erwähnt, steht der Zapfen 34 axial über die Schneidkante 18 geringfügig vor, um beim Stanzvorgang die auf die Schneidkante 18 wirkenden Kräfte zu reduzieren.The operation of the device will now be described:
In a first step, the setting or punching process, the fastener 4 along with the pin 34 through the plastic part 2 driven. Here is the fastener 4 virtually no play on the pin 34 , where the head 8th at the relevant end face of the Setzstempels 32 abuts and the pin 34 the through hole 10 of the fastener 4 - except for the space between the beadable area 16 and the pin 34 - closes. As already mentioned above, stands the pin 34 axially over the cutting edge 18 slightly before, at the punching process on the cutting edge 18 to reduce acting forces.

Die Matrize 36 liegt während des Stanzvorgangs an der Rückseite des Kunststoffteils 2 an. Während des Setzvorgangs wird daher der vom Befestiger 4 und Zapfen 34 ausgestanzte Butzen des Kunststoffteils 2 durch das Loch 40 der Matrize 36 getrieben. Gegen Ende des Stanzvorganges tritt dann der Bereich 16 des Schaftes 6 des Befestigers 4 in das Loch 40 der Matrize 36 ein. Der Durchmesser des Lochs 40 ist auf den Außendurchmesser des Schaftes 6 so abgestimmt, dass sich ein minimaler Spalt zwischen dem Schaft 6 und der Wand des Loches 40 ergibt. Die Größe des Spaltes wird in Abhängigkeit von Materialeigenschaften wie der Festigkeit, Dicke und Fasergehalt des Kunststoffteils 2 gewählt und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,05 bis 0,5 mm. Die Dimensionierung und insbesondere Minimierung der Spaltgröße führt zu einem sauberen Abschervorgang; ein Quetschvorgang nach Art eines Tiefziehprozesses wird auf diese Weise vermieden. Wie bereits erwähnt, wird die Geometrie der Schneidkante 16 mit der Fase 20 auf den Kunststoff des Kunststoffteils 2 abgestimmt.The matrix 36 lies during the punching process on the back of the plastic part 2 at. During the setting process is therefore from the fastener 4 and cones 34 punched slugs of the plastic part 2 through the hole 40 the matrix 36 driven. Towards the end of the punching process then enters the area 16 of the shaft 6 of the fastener 4 in the hole 40 the matrix 36 one. The diameter of the hole 40 is on the outside diameter of the shaft 6 tuned so that there is a minimal gap between the shaft 6 and the wall of the hole 40 results. The size of the gap becomes dependent on material properties such as the strength, thickness and fiber content of the plastic part 2 chosen and is for example in the order of 0.05 to 0.5 mm. The dimensioning and in particular minimization of the gap size leads to a clean shearing process; a squeezing operation in the manner of a deep drawing process is avoided in this way. As already mentioned, the geometry of the cutting edge 16 with the chamfer 20 on the plastic of the plastic part 2 Voted.

Durch die beschriebenen Maßnahmen werden die Stanzkräfte reduziert. Ferner wird der im Zwischenraum zwischen Bereich 16 und Zapfen 34 verbleibende „Reststanzbunzen" minimiert, so dass sich der durch die Matrize 36 hindurch ausgeschobene Stanzbutzen problemlos entfernen lässt. Schließ lich wird ein Ausfasern des faserverstärkten Kunststoffes des Kunststoffteils 4 weitestgehend vermieden.The described measures reduce the punching forces. Further, the space between the area 16 and cones 34 remaining "residual punching bunts" minimized, so that the through the die 36 can be easily removed through punched trimmings. Closing Lich is a fraying of the fiber-reinforced plastic of the plastic part 4 largely avoided.

Der Setzvorgang (Stanzvorgang) ist beendet, wenn sich der Kopf an die Vorderseite des Kunststoffteils 2 anlegt (3). Wie vorstehend erwähnt, kann der Stanzvorgang auch so ausgestaltet werden, dass der Kopf 8 des Befestigers 4 in den Kunststoff des Kunststoffteils 2 eingepresst wird. In jedem Fall steht am Ende des Stanzvorganges der Schaft 6 des Befestigers 4 um einen vorgegebenen Betrag über die Rückseite des Kunststoffteils vor. Die Länge des Befestigers 4 und insbesondere des Umbördelbereiches 16 werden relativ zu der Dicke des Kunststoffteils 2 im Hinblick auf die Anforderungen an den Formschluss und Festsitz des Befestigers am Kunststoffteil 2 gewählt und liegen beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 4 mm. Je größer der Überstand ist, umso größer ist der Formschluss, was einen entsprechenden Einfluss auf die in der fertigen Verbindung übertragbaren Kräfte hat.The setting process (punching) is completed when the head is at the front of the plastic part 2 creates ( 3 ). As mentioned above, the punching process can also be designed so that the head 8th of the fastener 4 in the plastic of the plastic part 2 is pressed. In any case, stands at the end of the punching process, the shaft 6 of the fastener 4 by a predetermined amount over the back of the plastic part. The length of the fastener 4 and in particular the beading area 16 become relative to the thickness of the plastic part 2 in view of the requirements for positive locking and tight fit of the fastener on the plastic part 2 chosen and are for example in the order of 1 to 4 mm. The larger the supernatant, the greater the positive locking, which has a corresponding influence on the transferable forces in the finished compound.

Nachdem der Setzvorgang beendet und die Matrize 36 entfernt wurde, wird der Bördelstempel 38 mit seinem Vorsprung 42 gegen den überstehenden Bereich 16 des Befestigers 4 bewegt, um den Bereich 16 aufzuweiten und gegen die Rückseite des Kunststoffteils 2 umzubördeln. Die Geometrie und Abmessungen des umbördelbaren Bereiches 16 des Befestigers 4 sowie die Kontur 44 des Vorsprungs 42 des Bördelstempels 38 werden entsprechend den speziellen Anforderungen an die Verbindung zwischen dem Befestiger und dem Kunststoffteil gewählt. Durch das Zusammenspiel der Geometrien des Vorsprungs 42 des Bördelstempels 38 und des Bereiches 16 des Befestigers 4 lässt sich der Formschluss zwischen den Teilen optimieren und der Überstand des umgebördelten Bereiches 16' des gesetzten Befestigers 4' (siehe 3) gegenüber dem Kunststoffteil 2 minimieren.After the setting process ends and the die 36 was removed, the crimping punch 38 with his lead 42 against the protruding area 16 of the fastener 4 moved to the area 16 widen and against the back of the plastic part 2 fold back. The geometry and dimensions of the beadable area 16 of the fastener 4 as well as the contour 44 of the projection 42 of the crimping stamp 38 are chosen according to the special requirements for the connection between the fastener and the plastic part. Through the interplay of the geometries of the projection 42 of the crimping stamp 38 and the area 16 of the fastener 4 can be the positive engagement between the parts optimize and the supernatant of the flanged area 16 ' of the set fastener 4 ' (please refer 3 ) against the plastic part 2 minimize.

Die in 3 dargestellte fertige Verbindung zwischen dem Befestiger 4' und dem Kunststoffteil 2 bildet eine buchsen- bzw. hülsenartige Verstärkung des Kunststoffteils 2, die zum Anbringen eines Anbauteiles (nicht ge zeigt) genutzt werden kann, ohne dass die Befestigung des Anbauteils durch ein Setzen des Kunststoffs des Kunststoffteils 2 beeinträchtigt werden kann.In the 3 illustrated finished connection between the fastener 4 ' and the plastic part 2 forms a bushing or sleeve-like reinforcement of the plastic part 2 , which (not ge shows) can be used for attaching an attachment, without the attachment of the attachment by setting the plastic of the plastic part 2 can be affected.

Claims (18)

Selbststanzender Befestiger, der durch Stanzen und Umbördeln mit einem dünnwandigen Kunststoffteil verbindbar ist, bestehend aus einem hülsenförmigen Hohlkörper mit einer Durchgangsbohrung (10), deren Innenwand (12) als Funktionsteil dient, wobei der Hohlkörper einen Schaft (6) und einen Kopf (8) aufweist, von denen der Kopf (8) an einem axialen Ende des Schaftes (6) vorgesehen ist und der Schaft (6) an seinem anderen axialen Ende einen umbördelbaren Bereich (16) mit einer Schneidkante (18) zum Durchstanzen des Kunststoffteils (2) hat.Self-piercing fastener, which can be connected by punching and flanging with a thin-walled plastic part, consisting of a sleeve-shaped hollow body with a through hole ( 10 ), whose inner wall ( 12 ) serves as a functional part, wherein the hollow body is a shaft ( 6 ) and a head ( 8th ), of which the head ( 8th ) at one axial end of the shaft ( 6 ) is provided and the shaft ( 6 ) at its other axial end a beadable area ( 16 ) with a cutting edge ( 18 ) for punching the plastic part ( 2 ) Has. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (18) durch eine umlaufende Fase (20) am Innenumfang des Schaftes (6) gebildet ist.Fastener according to claim 1, characterized in that the cutting edge ( 18 ) by a circumferential chamfer ( 20 ) on the inner circumference of the shaft ( 6 ) is formed. Befestiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schneidkante (18) und einem zylindrischen Bereich der Durchgangsbohrung (12) eine umlaufende Stufe (22, 24) zum Erleichtern des Umbördelns vorgesehen ist.Fastener according to claim 1 or 2, characterized in that between the cutting edge ( 18 ) and a cylindrical portion of the throughbore ( 12 ) an encircling stage ( 22 . 24 ) is provided for facilitating the flanging. Befestiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe von einer zylindrischen Fläche (22) und einer konischen Fläche (24) gebildet wird.Fastener according to claim 3, characterized in that the step of a cylindrical surface ( 22 ) and a conical surface ( 24 ) is formed. Befestiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (14) des Schaftes (6) zylindrisch ist.Fastener according to one of the preceding claims, characterized in that the peripheral surface ( 14 ) of the shaft ( 6 ) is cylindrical. Befestiger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des Schaftes unrund ist.Fastener according to one of claims 1 to 4, characterized that the peripheral surface of the Shank is out of round. Befestiger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (8) eine kreisrunde Außenfläche (26) hat.Fastener according to one of claims 1 to 6, characterized in that the head ( 8th ) a circular outer surface ( 26 ) Has. Befestiger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (8) eine unrunde Außenfläche hat, die zwecks Drehsicherung in das Kunststoffteil (2) einpressbar ist.Fastener according to one of claims 1 to 6, characterized in that the head ( 8th ) has a non-circular outer surface, which in order to prevent rotation in the plastic part ( 2 ) is einpressbar. Befestiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (12) zur Bildung des Funktionsteils glattwandig ausgebildet ist.Fastener according to one of the preceding claims, characterized in that the through-bore ( 12 ) is formed smooth-walled to form the functional part. Befestiger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (12) zur Bildung des Funktionsteils mit einem Innengewinde versehen ist.Fastener according to one of claims 1 to 8, characterized in that the through-bore ( 12 ) is provided with an internal thread to form the functional part. Befestiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Befestigers (4) eine Festigkeit von mehr als 600 N/mm2, vorzugsweise mehr als 700 N/mm2, hatFastener according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the fastener ( 4 ) has a strength of more than 600 N / mm 2 , preferably more than 700 N / mm 2 Befestiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Befestigers ein bleifreies Messing ist.Fastener according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the material of the fastener is a lead-free Brass is. Befestiger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Befestigers (4) ein vergüteter Stahl ist.Fastener according to one of claims 1 to 11, characterized in that the material of the fastener ( 4 ) is a tempered steel. Vorrichtung zum Verbinden eines selbststanzenden Befestigers nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Kunststoffteil durch Stanzen und Umbördeln, welche Vorrichtung aufweist: einen antreibbaren Setzstempel (32), der auf einer Seite des Kunststoffteils (2) angeordnet ist und zum Setzen des selbststanzenden Befestigers (4) im Kunststoffteil (2) dient, einen Zapfen (34), der dem Setzstempel (32) zugeordnet und in die Durchgangsbohrung (12) des Befestigers (4) einführbar ist, um beim Setzvorgang den Befestiger (4) zu halten und zusammen mit dem Befestiger (4) das Kunststoffteil (2) zu durchstanzen, eine Matrize (36), die auf der dem Setzstempel (32) gegenüberliegenden Seite des Kunststoffteils (2) angeordnet und mit einem Loch (40) versehen ist, das den umbördelbaren Bereich (16) des Befestigers (4) beim Setzvorgang aufnimmt, und einen Bördelstempel (38), der auf der dem Setzstempel (32) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und einen Vorsprung (42) mit einer vorgegebenen Kontur (44) hat, um nach dem Setzvorgang und Entfernen der Matrize (36) den umbördelbaren Bereich (16) des Befestigers (4) auf das Kunststoffteil (2) umzubördeln.Device for joining a self-piercing fastener according to one of the preceding claims with a plastic part by punching and flanging, said device comprising: a drivable setting punch ( 32 ), which on one side of the plastic part ( 2 ) and for setting the self-piercing fastener ( 4 ) in the plastic part ( 2 ) serves a pin ( 34 ), the set stamp ( 32 ) and into the through hole ( 12 ) of the fastener ( 4 ) is insertable to the fastener ( 4 ) and together with the fastener ( 4 ) the plastic part ( 2 ), a matrix ( 36 ), which on the the set stamp ( 32 ) opposite side of the plastic part ( 2 ) and with a hole ( 40 ), which surrounds the beadable area ( 16 ) of the fastener ( 4 ) receives during the setting process, and a hemming ( 38 ), on the the set stamp ( 32 ) opposite side and a projection ( 42 ) with a predetermined contour ( 44 ) after the setting process and removal of the die ( 36 ) the beadable area ( 16 ) of the fastener ( 4 ) on the plastic part ( 2 ) around zubördeln. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Zapfens (34) geringfügig größer als die Länge des Befestigers (4) ist, so dass der Zapfen (34) beim Setzvorgang über die Schneidkante (18) des Befestigers (4) geringfügig vorsteht.Apparatus according to claim 14, characterized in that the length of the pin ( 34 ) slightly larger than the length of the fastener ( 4 ), so that the pin ( 34 ) during the setting process over the cutting edge ( 18 ) of the fastener ( 4 ) protrudes slightly. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Stirnende (38) des Zapfens (34) konkav oder konvex oder eben ausgebildet ist.Device according to claim 14 or 15, characterized in that the free end ( 38 ) of the pin ( 34 ) is concave or convex or flat. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Zapfens (34) auf den kleinsten Durchmesser der Durchgangsbohrung (14) des Befestigers (4) so abgestimmt ist, dass der Befestiger (4) mit minimalem Spiel von dem Zapfen (34) aufgenommen wird.Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the diameter of the pin ( 34 ) to the smallest diameter of the through hole ( 14 ) of the fastener ( 4 ) is adjusted so that the fastener ( 4 ) with minimal play of the pin ( 34 ) is recorded. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmessers des Loches (40) der Matrize (36) auf den Außendurchmesser des Schaftes (6) des Befestigers (4) so abgestimmt ist, dass nur ein minimaler Spalt zwischen der Umfangswand des Loches (40) und der Außenfläche (14) des Schaftes (16) zum Abscheren eines Butzens des Kunststoffteils (2) vorhanden ist.Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the diameter of the hole ( 40 ) of the die ( 36 ) on the outer diameter of the shaft ( 6 ) of the fastener ( 4 ) is tuned so that only a minimal gap between the peripheral wall of the hole ( 40 ) and the outer surface ( 14 ) of the shaft ( 16 ) for shearing a Butzens the plastic part ( 2 ) is available.
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