DE3835566A1 - Verfahren und vorrichtung zum befestigen eines hohlkoerpers an einem blech od. dgl. - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum befestigen eines hohlkoerpers an einem blech od. dgl.Info
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines
mit einem Stanz- und/oder Nietteil (Mantel) versehenen Hohl
körpers, insbesondere einer Mutter an einem Blech, einer
Tafel od.dgl., sowie eine Vorrichtung zum Durchführen die
ses Verfahrens.
Zum Hintergrund der vorliegenden Erfindung sei auf die deut
schen Patente 30 03 908, 34 46 978 und 34 47 006 verwiesen,
die sich mit Befestigungsvorrichtungen und Verfahren für
Verbindungselemente, insbesondere Hohlkörper wie Muttern,
an einem Blech befassen, wobei das Blech gestanzt und der
Hohlkörper in einem kontinuierlichen Arbeitsgang am Blech
befestigt wird.
Zum Stand der Technik gehören auch selbststanzende Hohlkör
per, einschließlich Muttern, die ebenfalls gleichzeitig
vernietet werden, um die Mutter in der gestanzten Tafel-
bzw. Blechöffnung zu halten, wozu auf die US-Patente
32 99 500 und 33 14 138 verwiesen wird. Schließlich sind
beispielsweise in den US-Patenten 39 38 239 und 40 18 257
selbstnietende Muttern beschrieben, die jedoch in einem
zweistufigen Verfahren an der Tafel angebracht werden, da
das Blech vorgestanzt bzw. vorgelocht werden muß. Die dazu
notwendigen Verfahren erfordern sehr genaues Zentrieren der
Muttern relativ zur vorgestanzten Öffnung, was beispiels
weise mit einem federbelasteten Stift geschieht, auf dem
die Mutter vor ihrem Anbringen zentriert wird.
Sämtliche bekannten Verfahren und Vorrichtungen besitzen
unter anderem den Nachteil, daß es im Zusammenhang mit dem
Ausstanzen und Entfernen der Butzen zu erheblichen Störun
gen im Ablauf kommen kann, da gelegentlich nicht völlig
gleichmäßig gestanzte Butzen auftreten, die, insbesondere
sofern sie als Butzenreste oder Butzenteile auftreten, vor
zugsweise im Matrizenbereich zu Störungen führen, ganz da
von abgesehen, daß auch normal ausgestanzte Butzen zu Ver
klemmungen Anlaß geben können. Darüber hinaus ist es bei
den bekannten Verfahren häufig nicht ohne zusätzliche Maß
nahmen möglich, den Hohlkörper mit seiner Stirnfläche fluch
tend mit dem Tafelmaterial anzubringen. Auch das Ausrichten
der Hohlkörper vor ihrem Anbringen ist häufig nicht zuver
lässig möglich. Die erwähnten Störungen führen insbesondere
bei Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art
in der Massenproduktion zu außerordentlich kostspieligen
Reparaturen und Ausfällen durch zeitaufwendige Unterbrechun
gen. Da diesen Maschinen meist eine Förderbandfertigung
größten Umfangs, wie beispielsweise Automobil-Fertigungsbän
der, nachgeordnet sind, potenzieren sich die Folgen derarti
ger Störungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die erwähn
ten Nachteile zu beseitigen und insbesondere in einem einzi
gen kontinuierlichen Arbeitsgang einen Butzen sauber und
problemlos aus der Matrize herauszubekommen, wobei vorzugs
weise bei gleichzeitig gesteigerter Knickfestigkeit im Be
darfsfall ohne Schwierigkeiten ein fluchtendes Anbringen
der Mutter zu erreichen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem überraschend ein
fachen Gedanken, den Butzen frei vom Tafelmaterial zu tren
nen, d.h. im Stanzbereich keine Unterstützung des Tafelmate
rials vorzusehen, vielmehr dieses außer der Auflage auf dem
Matrizenrand dem Stanzwerkzeug direkt und in dessen Schneid
bereich keine Gegenkraft entgegenzusetzen, bis zu einem
Punkt, an dem der Stanzvorgang bereits beendet, d.h. der
Butzen vom Tafelmaterial getrennt ist. Konkret wird für die
Lösung der Aufgabe als Verfahren vorgeschlagen, daß aus
einem nicht abgestützten Tafelbereich ein Butzen ausge
stanzt und - gegebenenfalls unter Erweiterung der dadurch
gebildeten Tafelöffnung - bei gleichzeitiger Verformung der
Randbereiche der Tafelöffnung bis zu einem rohrförmigen
Kragen das Eintreiben des Mutternmantels erfolgt, der
schließlich endseitig in einen U- oder hakenförmigen, umlau
fenden Kanal verformt wird, in den der Rand der Öffnung
unter Verhakung gedrückt wird.
Eine Matrize, die sich besonders zur Durchführung des Ver
fahrens eignet, ist mindestens zweistückig koaxial ausgebil
det, wobei die Einzelteile relativ beweglich zueinander
unter Vorspannung gehalten sind.
Mit den Maßnahmen nach der Erfindung wird somit ein kontinu
ierliches, zeitsparendes Verfahren geschaffen, das den
Stanzvorgang praktisch sich selbst kontrollierend und damit
auch möglichst klemmgefahrfrei durchführen läßt, ohne daß
dabei unkontrollierte Bewegungen oder Verformungen statt
finden. Insbesondere werden durch das ununterstützte Stan
zen die gelegentlich aufgetretenen nicht kreisförmigen, ins
besondere halbkreisförmigen, in der Matrize hängenbleiben
den Butzen vermieden. Die freie, d.h. nicht unterstützte
Tafelverformung hat den weiteren Vorteil, daß sich in dem
dadurch gebildeten Kegel noch vor dem Stanzen die einzelnen
Teile, insbesondere die Mutter, relativ zur späteren Tafel
öffnung äußerst genau selbsttätig ausrichten. Bei Ausstan
zen eines relativ kleinen Butzens ist das fluchtende Anbrin
gen einer Mutter ohne Zusatz-Richtarbeiten in einem Zuge
möglich. Schließlich trägt der im Endzustand zu einem Kra
gen verformte Kegelbereich zu einer Erhöhung sowohl der
Knickfestigkeit als auch des Widerstandes gegen ein Heraus
ziehen der Mutter bei. Diese Vorteile machen sich besonders
günstig in der Massenproduktion im Zusammenhang mit Blech
verformungen, wie beispielsweise der Automobilindustrie,
bemerkbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen angegeben. Daraus ergeben sich im Zusammen
hang mit der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung weitere
Vorteile, wobei der erfindungsgemäße Vorschlag für eine
Matrize zusätzlich das beim Stand der Technik bestehende
Problem löst, die außerordentlich teuren Matrizen bzw. Ma
trizenteile relativ häufig ersetzen zu müssen, ganz davon
abgesehen, daß zusätzlich zu dem Matrizenpreis, wie vorste
hend bereits erwähnt, die Ausfallzeiten ökonomisch ins Ge
wicht fallen. Mit der Erfindung wird eine zweiteilige Ma
trize vorgeschlagen, bei der der teuerste Teil wesentlich
weniger ersetzt werden muß als der wesentlich billigere
Teil, nämlich der Teleskop-Einsatz, der das Hauptverschleiß
teil bzw. die Hauptverschleißflächen der Matrize darstellt,
da an seiner Außenwandung der Großteil der Verformungsvor
gänge reibungs- und druckmäßig abgewickelt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an
hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer
erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung in zum
Anbringen eines Hohlkörpers, insbesondere einer
Mutter, eingenommener Stellung;
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung derselben
Vorrichtung während des Anbringens;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung, teilweise geschnit
ten, einer im unteren Teil der Fig. 1 darge
stellten Matrizeneinheit;
Fig. 4 einen Ausschnitt, teilweise geschnitten, aus Fig.
2 (unterer Teil);
Fig. 5 eine Vergrößerung eines Teils der Fig. 4;
Fig. 6 bis 13 die Schrittfolgen des erfindungsgemäßen Ver
fahrens, in Seitenansicht teilweise geschnitten,
wobei mittels der in den Fig. 1 und 2 dargestell
ten Vorrichtung eine mit Innengewinde versehene
Mutter an einer Tafel befestigt wird; und
Fig. 14 die nach Durchlauf der Verfahrensstufen gemäß den
Fig. 6 bis 13 an der Tafel befestigte Mutter, in
teilweise geschnittener Seitenansicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anbringen eines Hohlkör
pers sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich
besonders, selbstverständlich nicht ausschließlich, für das
Arbeiten mit Stanz- oder Gesenkpressen, wie sie in der
blechverarbeitenden Industrie, beispielsweise im Automobil
bau oder im Werkzeugbau verwendet werden. Wenn hier von
"Hohlkörpern" oder "Muttern" gesprochen wird, so sind damit
sämtliche gleichartigen Elemente, insbesondere Verbindungs
elemente gemeint, die eine durchgehende Bohrung mit oder
ohne Gewinde aufweisen, die vorzugsweise koaxial zur Öff
nung eines einstückig mit dem Verbindungselement bzw. des
sen Kopf verbundenen Stanz- und/oder Nietteils verläuft;
dieser Ausdruck umfaßt somit unter anderem auch selbstnie
tende Muttern, Nieten, Lager, Wellenlager u.dgl.. Der Ein
fachheit halber wird nachfolgend im wesentlichen nur noch
von "Muttern" gesprochen und werden insbesondere die Aus
führungsformen anhand einer mit Innengewinde versehenen
Mutter erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung sind besonders auch geeignet für Massenproduk
tion, bei der eine Mutter oder eine Vielzahl von Muttern
mit jedem Hub der Presse in kontinuierlicher Weise an einem
Blech oder einer Platte angebracht werden. Wie bereits
ausgeführt, haben sich beim Anbringen von Muttern nach den
in den eingangs erwähnten Druckschriften erläuterten Ver
fahren bei der Massenproduktion Probleme ergeben. Diese
Probleme resultieren insbesondere aus der Anforderung nach
engen Toleranzen und sehr genauer Ausrichtung des rohrför
migen Mantels der Mutter zur Matrize, die als Gegenwerkzeug
auch beim Stanzen eines Lochs in die Tafel mitwirkt. Bei
der Massenproduktion bzw. Serienherstellung, in der enge
Toleranzen schwierig einzuhalten sind, ergeben sich zu
weilen halbkreisförmige Butzen zusätzlich bzw. anstelle der
gewünschten kreisförmigen Butzen, wodurch die Befestigungs
vorrichtung, nachfolgend durchweg als "Stanzkopf" oder
"Stanz- und Nietkopf" bezeichnet, blockiert oder be
schädigt oder gar zerstört wird. Darüber hinaus war bisher
kein wirtschaftliches Verfahren zum Entfernen des Butzens
bekannt bzw. möglich.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsge
mäßen Vorrichtung ist es insbesondere, gleichwohl nicht
ausschließlich, möglich, die Mutter in einem Blech bzw.
einer Tafel bündig anzubringen, wobei der Mutternkörper
bzw. -kopf in die Tafel bzw. das Blech bündig mit dem um
gebenden Tafel- bzw. Blechmaterial getrieben wird. Wenn das
Befestigungselement eine Mutter mit Innengewinde ist, kann
diese dann dazu benutzt werden, das betreffende Blech an
einem passenden Blech bzw. einer passenden Tafel oder der
gleichen Bauelement zu befestigen, wodurch das sonst er
forderliche Prägen oder Treiben entfällt. Die Muttern- und
Blech- bzw. Tafel-Verbindung ist besonders widerstandsfähig
gegen schräge oder senkrechte Scherkräfte bei einem Blech-
oder Tafelverbund sowie auch gegenüber Zug- oder Druck
kräften, und zwar sowohl in als auch entgegen der Richtung
des Einbringens; dies liegt insbesondere an der Stärke bzw.
dem Widerstand, der sich durch die während des erfindungsge
mäßen Verfahrens rohr- oder napfförmig, kragenartig verform
ten Blech- bzw. Tafelbereiche um die Mutter herum ergibt in
Kombination mit dem U- oder hakenförmigen, aus dem rohr
förmigen Mantel der Mutter geformten Kanal.
Obwohl die Mutter an verschiedensten Platten oder Blechen
angebracht werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung zu seiner Durchführung besonders ge
eignet zum Anbringen von Muttern u.dgl. an zu verformenden
Metalltafeln, wie sie in der Automobil- und Werkzeugin
dustrie insbesondere für Konstruktionselemente verwendet
werden. Beispielsweise kann die Mutter an relativ dünnen
Blechen mit einer Dicke von ungefähr 0,5 mm ebenso wie an
relativ dicken Blechen mit einer Dicke von ungefähr 2,5 mm
und mehr angebracht werden. Die Abmessungen der Mutter
hängen natürlich von dem gewünschten Gewindedurchmesser,
der Dicke des Blechs und der besonderen Anwendung ab. Eine
Mutter, wie beispielsweise eine selbstnietende Mutter, kann
aus mittleren Kohlenstoffstählen hergestellt werden und an
einer vielfältigen Art von Metallblechen, einschließlich
solcher aus niedrig- und mittellegierten Kohlenstoffstählen
angebracht werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf die
eingangs zitierten Druckschriften Bezug genommen, in denen
weitere Einzelheiten hinsichtlich verschiedener Anbring
möglichkeiten und -vorrichtungen offenbart werden, die mit
der Erfindung weiterentwickelt wurden, insbesondere für
bestimmte, nachfolgend angegebene Anwendungen.
In den Fig. 1 und 2 wird ein Ausführungsbeispiel einer Be
festigungsvorrichtung dargestellt, die aus einem Stanzkopf
20 und einer Matrizeneinheit 22 (in der Fachsprache "Zsb-
Matrize" genannt) besteht. Der Stanzkopf 20 kann an einer
oberen Werkzeugplatte 24 einer Stanz- oder Gesenkpresse und
die Matrizeneinheit 22 an einer unteren Werkzeugplatte 26
befestigt sein. Selbstverständlich sind in diesem Zusammen
hang "obere" und "untere" relative Ausdrücke, mit denen
für den vorliegenden Fall unterstellt wird, daß die Muttern
während eines nach unten gerichteten Hubes der Presse an
gebracht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch
keinesfalls auf ein System beschränkt, bei dem die selbst
befestigenden Elemente in einem nach unten gerichteten
Arbeitsgang angebracht werden. Die Matrizeneinheit kann
beispielsweise an der oberen Werkzeugplatte und der Stanz
kopf an der unteren Werkzeugplatte befestigt werden, um die
selbstbefestigenden Elemente in einem von unten nach oben
gerichteten Arbeitsgang anzubringen. Das dargestellte Aus
führungsbeispiel der Befestigungsvorrichtung ist insbeson
dere zum Anbringen selbstnietender Muttern mit Pressen
geeignet, wie sie in der Automobil- und Werkzeugindustrie
zum Herstellen von in bestimmter Weise geformten Platten
oder Blechen verwendet werden, jedoch keineswegs auf solche
Verwendung beschränkt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stanzkopf 20
mit nicht dargestellten Schrauben oder Bolzen an der oberen
Werkzeugplatte 24 befestigt und eine gehärtete Kopfplatte
28 als tragendes Element vorgesehen. Der Stanzkopf ist an
der Kopfplatte 28 mit mehreren Schrauben 30 befestigt;
Paßstifte 32 können benutzt werden, um den Stanzkopf und
die Kopfplatte an der oberen Werkzeugplatte genau auszu
richten. Zur Kopfbaueinheit gehören als konstruktive Ele
mente weiterhin das Führungsgehäuse 34, das mittels
Schrauben 30 an der Kopfplatte befestigt ist, die Stößel
kopfhalterung 36 und die Stößelkopfstirnplatte 38 mit einer
Öffnung 39 als Durchgang für die anzubringenden Muttern.
Die Stößelkopfstirnplatte 38 kann an der Stößelkopfhalte
rung 36 durch nicht dargestellte Schrauben oder andere ge
eignete Mittel befestigt werden.
Wie sich aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ergibt, bewe
gen sich die Stößelkopfhalterung 36 und die Stößelkopfstirn
platte 38 relativ zum Führungsgehäuse 34 während des Be
triebs der Befestigungsvorrichtung. Diese Relativbewegung
wird durch eine zylindrische Führungssäule 40 gelenkt, die
eine außermittige Bohrung 42 besitzt. Die Führungssäule 40
ist mittels einer Hauptschraube 44 an der Stößelkopf
halterung 36 befestigt, während eine Schraubenfeder 46 von
der Bohrung 42 aufgenommen wird. Der obere Teil der Schrau
benfeder 46 ragt durch eine Durchgangsbohrung 48 in der
Kopfplatte 28 sowie eine abgesetzte Sackbohrung 50 in der
oberen Werkzeugplatte 24 und wird mit Ihrem oberen Ende von
einer Führungsbohrung 52 in der oberen Werkzeugplatte auf
genommen. Die starke Schraubenfeder 46 drückt somit die
Stößelkopfhalterung 36 vom Führungsgehäuse 34 weg in die in
Fig. 1 gezeigte "geöffnete" Position. Die Stößelkopfhal
terung 36 wird am Führungsgehäuse 34 mittels eines Halte
stifts 54 gehalten, der in einer Bohrung 56 des Führungs
gehäuses 34 liegt und nach innen ragt, so daß er in
"Öffnungs"-Position an einer Langlochschulter 58 der Füh
rungssäule 40 anzuliegen kommt. Das nach innen ragende Ende
des Haltestifts 54 wird von einem in der Außenfläche der
Führungssäule 40 vorgesehenen Langloch 60 aufgenommen, so
daß die Relativbewegung der einzelnen Teile dieser Einheit
geführt und begrenzt werden. Eine Sicherungsfeder 62, die
am Führungsgehäuse 34 mittels einer Schraube 64 befestigt
ist, verhindert ein unbeabsichtigtes Entfernen oder Lösen
des Gehäuse-Haltestifts 54. Eine Schraube 66 zusammen mit
einer ausrichtenden Paßbüchse 66 a sorgen für genaue Aus
richtung der Führungssäule auf der Stößelkopfhalterung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gehört zur Stößel
kopfhalterung 36 eine Führungsbüchse 68, beispielsweise aus
Bronze, die von einer Bohrung 70 im Führungsgehäuse auf
genommen werden kann, wobei ein Anschlagring 72 die Buchse
68 hält und die Aufwärtsbewegung der Stößelkopfhalterung 36
begrenzt.
Zu den Betriebselementen des Stanzkopfes 20 gehören ein
Stempel 74 und ein Stößel 76. Der Stempel 74 besitzt ein
oberes Teil 77, das mittels einer Schraube 78 an der Kopf
platte 28 befestigt ist. Der Stempel 74 ist somit relativ
zum Führungsgehäuse 34 fixiert. Der Stempel 74 besitzt au
ßerdem ein unteres Teil 80, das mit dem oberen Teil durch
einen Gewindeansatz 82 des oberen Teils 77 verbunden ist.
Wie nachstehend im einzelnen noch beschrieben werden wird,
besitzt der Stempel 74 an seinem freien Ende einen Schneid
ansatz 86.
Der Stößel 76 kann ebenfalls aus zwei Teilen gebildet wer
den, nämlich einem oberen Teil 88 mit einem Kolben 90 und
einem unteren Teil 92 mit einer aktiven Druckfläche 94 am
freien Ende. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird
das obere Teil 88 des Stößels 76 mit dem unteren Teil 92
über eine herkömmliche Schraubverbindung verbunden. Wie
sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt, ist der
Schneidansatz 86 des Stempels 74 Verschleiß ausgesetzt und
muß daher regelmäßig ersetzt werden. Dies kann in einfacher
Weise bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch ge
schehen, daß zunächst das untere Teil 92 des Stößels 76
durch Abschrauben entfernt wird, so daß das untere Teil 80
des Stempels 74 zugänglich wird. Das untere Teil 80 des
Stempels kann dann ebenfalls durch Abschrauben vom oberen
Teil 77 entfernt und ersetzt werden.
Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, besitzt der Stößel 76
eine axiale Formbohrung 98 und ist teleskopisch auf dem
Stempel 74 geführt. Außerdem ist der Kolben 90 des Stößels
76 frei, um sich in einer Zylinderbohrung 97 im Führungsge
häuse 34 hin und her zu bewegen. Somit kann - wie nachfol
gend noch im einzelnen beschrieben werden wird - der Stößel
76 relativ zum Führungsgehäuse 34 bewegt werden, wenn die
Stößelkopfhalterung 36 relativ zum Führungsgehäuse 34 "ge
schlossen" wird, wie dies die gestrichelte Darstellung ge
mäß 90 A in Fig. 1 zeigt. Bei oberer Anlage des Kolbens 90
ragt der Schneidansatz 86 nach unten so weit vor, daß er
ein anzubringendes Befestigungselement zur Matrizeneinheit
22 hin zumindest geringfügig überragt. Ein pneumatisches
Fitting 100 ist an der Kopfplatte 28 befestigt und steht
über eine Verbindungsbohrung 102 mit der Zylinderbohrung 97
in Verbindung. Das Fitting 100 ist an einer werkseitigen
Druckluftleitung 104 angeschlossen, so daß in der Bohrung
97 ein gewünschter Druck gleichbleibend aufrechterhalten
wird. Sobald der Kolben 90 über einen verdickten Führungs
ansatz 106 des Stempels 74 sich hinaus bewegt, wird Luft
durch die koaxiale Bohrung 98 im Stößel 76 in eine Quer
bohrung 108 am unteren Ende des Stempels 74 geleitet, so
daß periodisch Luft durch eine koaxiale Bohrung 110 durch
den Schneidansatz 86 des Stempels strömt, um einen aus dem
Blech bzw. der Tafel gestanzten Butzen zu entfernen, wie
nachfolgend noch beschrieben werden wird. Äußere und innere
O-Ring-Dichtungen 112 bzw. 114 sind am Kolben 90 vorgesehen.
Wie erwähnt, eignet sich der Stanzkopf 20 besonders gut zum
Anbringen selbststanzender und/oder -nietender Verbindungs
elemente 116, die durch eine Zuführung 118 in die Stö
ßelkopfhalterung 36 gelangen. Die Verbindungselemente 116
werden durch einen Zuführschlauch in die Zuführung 118 ge
fördert. Der Schlauch 120 ist an der Stößelkopfhalterung 36
und der Stößelkopfstirnplatte 38 in der in den eingangs
erwähnten Schriften beschriebenen Weise mittels einer
Schlauchhalteplatte 122 befestigt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gehört zum Stanzkopf
20 weiterhin ein konventioneller Näherungsschalter 124, der
über eine Halteplatte 126 am Stanzkopf befestigt und
mittels eines Kontaktkabels 128 mit der Steuerung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist. Der Sensor 124
überwacht, ob sich ein selbststanzendes und/oder -nietendes
Verbindungselement 116 in der für sein Anbringen erforder
lichen Position gemäß Fig. 1 befindet. Sofern das Ver
bindungselement nicht in der Bereitstellung ist, führt die
Presse keinen Hub durch, um "Doppelschläge" zu vermeiden.
Die Fig. 1, 3 und 5 zeigen am besten die Matrizeneinheit
22. Zur Matrizeneinheit gehören ein Matrizenmantel 130 mit
einer becherförmigen Ausnehmung 132 und ein zentrischer
Matrizeneinsatz 134. Der Matrizeneinsatz 134 wird von einer
zentrischen oder axialen Stufenbohrung 136 im Matrizen
mantel 130 aufgenommen; der Matrizeneinsatz 134 und die
Bohrung 136 besitzen aufeinander abgestimmte, konische
Oberflächen 138, 139 (s.Fig. 3), die die Aufwärtsbewegung
des Matrizeneinsatzes begrenzen. Der Matrizeneinsatz steht
unter nach oben gerichteter Vorspannung durch Spiralfedern
140, von denen jede mit einem Pilzstift 142 nachgiebig
gegen eine radiale Schulter 144 des Matrizeneinsatzes 134
drückt. Die Schulter 144 begrenzt auch die nach unten
gerichtete Bewegung des Matrizeneinsatzes. Wenn der Ma
trizeneinsatz während des Anbringens eines Verbindungsele
ments nach unten gedrückt wird, trifft die Schulter 144 auf
einen Ring 146, der mittels Schrauben 148 am Matrizenmantel
130 befestigt ist. Der Matrizenmantel 130 seinerseits ist
in einer Ausnehmung 150 einer Matrizenhalterung 149 mittels
eines Sicherungseinsatzes 152 und einer Schraube 154 sicher
befestigt. Die Matrizenhalterung ist mittels nicht darge
stellter Schrauben an der unteren Werkzeugplatte 26 be
festigt. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird,
besitzt der Matrizeneinsatz 134 eine axiale Freibohrung
156, die die Butzen aufnimmt, während die untere Werkzeug
platte mit einer koaxial ausgerichteten Freibohrung 158
versehen ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist
die untere Werkzeugplatte einen Stufenring 160 mit einer
koaxial zu den Bohrungen 156 und 158 ausgerichteten Bohrung
162 auf.
Nachfolgend wird auf die Fig. 3 bis 5 Bezug genommen, die
Einzelheiten des bevorzugten Ausführungsbeispiels der er
findungsgemäßen Matrizeneinheit zeigen. Die Muttern 116
bestehen aus einem Mutternkopf 164 mit einer Stirnfläche
168, auf die die flache, aktive Druckfläche 94 des Stößels
76 einwirkt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Druckfläche
94 des Stößels auch in anderer Weise geformt sein kann, um
mit der Stirnfläche 168 eines anzubringenden Verbindungs
elements zusammenzuwirken. Der Mutternkopf 164 weist eine
axiale Bohrung 170 auf, die im dargestellten Ausführungs
beispiel mit Innengewinde versehen ist, so daß das darge
stellte Verbindungselement als Mutter-Befestigungselement
dient, wenn es an einem Blech oder einer Tafel angebracht
wird. Die Mutter weist außerdem einen ringförmigen Nietab
schnitt bzw. rohrförmigen Mantel 172 auf, der vorzugsweise
einstückig mit dem Mutternkopf verbunden und koaxial zur
Bohrung 170 ausgerichtet ist. Das freie Ende des Mantels
172 besitzt vorzugsweise eine gebogene, nach außen weisende
Stoß- und Ziehkante 174 (am besten in Fig. 5 zu sehen) sowie
eine konisch angefaste Fläche 176, die die Stoß- und Zieh
kante 174 mit der Innenwandung 178 des Mantels 172 ver
bindet. Der Durchmesser der Außenwandung 180 des Mantels
ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser der Außen
wandung 182 des Mutternkopfes 164, so daß eine gerundete
Prägekante 184 am Mutternkopf gebildet wird, die in der
nachfolgend beschriebenen Weise in das Blech bzw. die Tafel
getrieben wird.
Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Schneidansatz
86 des unteren Teils 80 des Stempels 74 vorzugsweise zylin
drisch ausgebildet mit einer flachen Stempelschneidfläche
186. Der zylindrische Schneidansatz 86 ist einstückig mit
dem unteren Teil 80 des Stempels 74 über eine glatte, kon
vex gebogene Ziehkante 188 verbunden. Die obere Oberfläche
des Matrizeneinsatzes 134 weist eine konkav gebogene Roll
fläche 190 auf, die mit Abstand vom freien Ende angeordnet
ist. Das freie Ende des Matrizeneinsatzes besitzt eine nach
unten sich konisch erweiternde äußere Gleitfläche 192, eine
abgerundete Endkante 194 und eine zur Freibohrung 156 hin
sich verengende Anfasung 196.
Der Matrizenmantel 130 besitzt eine Matrizenauflage 200,
die die becherförmige Ausnehmung 132 umgibt. Die äußere
Wand der Matrizenausnehmung besitzt eine konische Form
schräge 202, die über einen Biegeradius 204 in die Matri
zenauflage 200 übergeht. Beim dargestellten Ausführungs
beispiel ist die den unteren Bereich der Außenfläche der
Matrizenausnehmung 132 bildende Rollfläche 206 des Ma
trizenmantels konkav und umfaßt einen im wesentlichen koni
schen oberen Teil 208 und einen im Querschnitt halbkreis
förmigen unteren Teil 210, der mit der konkaven Rollfläche
190 des Matrizeneinsatzes während radialer Verformung des
Mantels oder Nietabschnitts 172 des selbstnietenden Verbin
dungselements 116 zusammenpaßt und zusammenwirkt, was im
einzelnen weiter unten noch beschrieben werden wird.
Weitere Einzelheiten des dargestellten Ausführungsbeispiels
der Matrizeneinheit sind in Fig. 3 dargestellt. Danach
besitzt der Matrizeneinsatz 134 ein rohrförmiges Endstück
212, das passend von einer zylindrischen Führungsbohrung
214 der Fußplatte 146 aufgenommen wird (s.a. Fig. 1). Der
Matrizeneinsatz besitzt außerdem eine äußere zylindrische
Paßfläche 216, die ihrerseits passend von dem oberen Teil
der axialen Stufenbohrung 136 aufgenommen wird, sowie eine
untere zylindrische Schultermantelfläche 218, die wiederum
vom unteren zylindrischen Teil der Matrizenbohrung aufge
nommen wird. Jeder Pilzstift 142 besitzt einen Kopf 220,
der gegen die Schulter 144 des Matrizeneinsatzes gedrückt
wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Pilz
stifte 142 vorgesehen, die von zylindrischen Führungsnuten
222 aufgenommen werden, während drei Schrauben 148 durch
Schraubenbohrungen 224 der Fußplatte 146 ragen und in Ge
windebohrungen 226 des Matrizenmantels 130 eingeschraubt
werden. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Außenwandung 182 des Kop
fes der beispielsweise dargestellten Mutter hexagonal, wo
durch verhindert wird, daß sich die Mutter nach erfolgter
Befestigung am Tafelmaterial drehen läßt. Die umlaufende
Formschräge 202 der Ausnehmung 132 des Matrizenmantels 130
kann ebenfalls ungleichmäßig bzw. abweichend vom Kreisbogen
geformt sein, wodurch ebenfalls ein Drehen der Mutter im
Blech vermieden wird. So kann die Formschräge 202 bei
spielsweise hexagonal sein und in eine umlaufende Stütz
schulter 227, wie in Fig. 5 gezeigt, übergehen.
Nachdem zuvor die Einzelheiten der Befestigungsvorrichtung
sowie der Matrizeneinheit und der Muttern beschrieben wur
den, folgt nunmehr die Beschreibung der Betriebsweise der
Vorrichtung und des Verfahrens zum Anbringen selbstnieten
der Verbindungselemente gemäß der Erfindung. Zunächst wird
eine Mutter 116 gegenüber einer Tafel 250 derart ausgerich
tet, daß das freie Ende des rohrförmigen Mantels 172 auf
die Tafel weist und der Mantel koaxial zum Matrizeneinsatz
134 der Matrizeneinheit bereit zum Anbringen an der Tafel
ausgerichtet ist, wie dies in Fig. 1 dargestellt wird. Die
Druckfläche 94 des Stößels 76 ist dabei koaxial zur Stirn
fläche der Mutter ausgerichtet, ebenso wie der Stempel 74
zur Gewindebohrung 170. Mit der hier beschriebenen Vor
richtung, bei der der Stanzkopf an der oberen Werkzeug
platte 24 und die Matrizeneinheit 22 an der unteren, zwei
ten Werkzeugplatte befestigt ist, wird das erfindungsgemäße
Verfahren einfach durch relatives Schließen der Presse
bewerkstelligt. Während die Presse geschlossen wird, drückt
die Stößelkopfstirnplatte auf die Tafel 250, die damit auf
der Matrizenauflage 200 gemäß Fig. 2 fixiert wird. Das
weitere Schließen der Presse führt zu einer Relativbewegung
des Führungsgehäuses 34 des Stanzkopfes 20 gegen die
Matrizeneinheit, wodurch die Stößelkopfhalterung 36 gegen
das Führungsgehäuse 34 bewegt wird und damit ein
"Schließen" des Stanzkopfes 20 erfolgt. Da der Stempel 74
relativ zum Führungsgehäuse 34 fixiert ist, wird er te
leskopisch durch die Bohrung 170 und den Mantel 172 der
Mutter bewegt und gelangt in Berührung mit der Tafel 250,
wie dies in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Die Druck
fläche 94 des Stößels 76 kommt in Anlage mit der Stirn
fläche 168 des Mutternkopfes 164 und drückt die Mutter nach
unten auf die Tafel. Der Stößel 76 ist jedoch relativ gegen
über dem Führungsgehäuse 34 bewegbar. Sobald der Stanzkopf
20 "geschlossen" wird, wird der Kolben 90 des Stößels 76
nach oben in die Bohrung 97 gedrückt gegen den pneumati
schen Druck in der Verbindungsbohrung 102 und der Zylinder
bohrung 97. Die Stoß- und Ziehkante 174 des Mantels 172 der
Mutter wird daher gegen die Tafel mit vorherbestimmbarer
Kraft aufgrund des in der Bohrung 97 herrschenden pneuma
tischen Drucks gepreßt. Die weitere Bewegung des Stanz
kopfes 20 auf die Matrizeneinheit 22 zu drückt den Schneid
ansatz 86 des Stempels gegen den nicht unterstützten Teil
252 der Tafel, der über der becherförmigen Matrizenaus
nehmung 132 liegt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die
Tafel im übrigen zwischen der Stößelkopfstirnplatte und der
Matrizenauflage stützend eingeklemmt, während der Tafelbe
reich 252 oberhalb der Matrizenausnehmung 132 nicht unter
stützt ist, weil der Matrizeneinsatz 134 teleskopisch nach
unten in die Matrizenausnehmung gegen die relativ geringe
Kraft der Spiralfedern 140 bewegt werden kann. Wenn der
Stempel sich nach unten gegen die Tafel bewegt, wird der
Tafelbereich 252 zunächst in die Matrizenausnehmung 132
gedrückt und bildet eine nicht unterstützte, im wesent
lichen kegelförmige Vertiefung, die in die Matrizenaus
nehmung ragt, wie dies in den Fig. 2, 4 und 5 dargestellt
ist. Die relativ scharfe Kante 228 des Schneidansatzes 86
des Stempels 74 stanzt dann einen vorzugsweise kreisförmi
gen Butzen 230 aus dem Zentrum des kegelig verformten
Tafelbereichs 252, wodurch eine vorzugsweise kreisförmige
Öffnung 254 erzeugt wird (Fig. 6). Im Falle eines hexago
nalen Stanz- oder Nietteils der Mutter wird ein ebenfalls
hexagonaler Butzen ausgestanzt.
Sodann wird der Kolben 90 des Stößels 76 oberhalb des ver
dickten Führungsansatzes 106 des Stempels 74, wie gestri
chelt bei 90 A in Fig. 1 dargestellt, positioniert und der
Weg für Luft durch die Bohrung 98 im Stößel freigegeben bis
zur Querbohrung 108 im Stempel, so daß Luft durch die
axiale Bohrung 110 und weiter durch den Schneidansatz 86
des Stempels, wie vorbeschrieben, strömen kann. Dieser Luft
druck bläst dann den Butzen 230 in die Freibohrung 196 des
Matrizeneinsatzes, da dieser die Tafel berührt (s. Fig. 6).
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
die Mutter fluchtend in der Tafel montiert wird, ist der
Butzen 230 vorzugsweise relativ klein. Wie sich am besten
aus Fig. 6 ergibt, wird die abgerundete Endkante 194 des
Matrizeneinsatzes 134 mit dem Tafelbereich 252 in Berührung
gehalten, wodurch sichergestellt ist, daß der Butzen 230 in
die Bohrung 156 und nicht in die Matrizenausnehmung 132
geblasen wird, was zu Hindernissen beim Anbringen der
Mutter führen würde. Nach dem Stanzen der Tafel gemäß Fig.
6 wird die Ziehkante 188 des Stempels 74 gegen den die
Öffnung 154 umgebenden Tafelbereich gedrückt, wodurch
dieser weiter in die Matrizenausnehmung 132 gezogen und die
Öffnung in der Tafel vergrößert wird. Wie sich aus Fig. 7
ergibt, wird dann die Ziehkante 188, zumindest teilweise
beim beschriebenen Ausführungsbeispiel, durch die Tafel
öffnung 254 gedrückt unter weiterer Erweiterung der Tafel
öffnung bei gleichzeitigem weiteren Drücken des kegelig
verformten Tafelbereichs 252 in die Matrizenausnehmung 132,
um letztendlich einen Kegelkragen zu formen.
Der Kolben 90 liegt dann der Kopfplatte 28 an, wie das aus
Fig. 2 hervorgeht. Damit ist der Stößel 76 gegenüber dem
Führungsgehäuse 34 fixiert, jedoch liegt der Anschlagring
72 dem Führungsgehäuse 34 noch nicht an. Somit bewegt sich
die Stößelkopfhalterung 36 weiter gegen das Führungsgehäuse
34, während die Presse geschlossen wird, wobei das freie
Ende bzw. die Druckfläche 94 des Stößels gegen die Stirn
fläche 168 der Mutter 116 gedrückt wird. Die Stoß- und Zieh
kante 174 des Mantels 172 der Mutter 116 wird dann gemäß
Fig. 8 in die Tafel gedrückt, wobei die Öffnung 254 in dem
Kegelkragen 252 weiter vergrößert wird. Der Mantel wird
dann durch die Tafelöffnung gedrückt (s.Fig. 9), so daß der
verformte Tafelbereich zu einem rohrförmigen Kragen 252 a
wird.
Wie aus Fig. 10 hervorgeht, wird sodann das freie Ende des
Mantels 172 von dem Kragen 252 a aufgenommen und die konisch
angefaste Fläche 176 gegen die Rollfläche 190 des Matrizen
einsatzes gedrückt, so daß der Mantel radial nach außen
verformt wird. Bei einem Vergleich der Fig. 6 bis 10 wird
deutlich, daß der Matrizeneinsatz kontinuierlich nach unten
gedrückt wird, und zwar zunächst durch den betreffenden
Tafelbereich, wie aus den Fig. 6 bis 8 hervorgeht, und dann
durch die angefaste Fläche 176 des Mantels, wie die Fig. 9
und 10 zeigen, bis die Schulter 144 des Matrizeneinsatzes
die obere Stirnfläche der Fußplatte 146 berührt (s.Fig. 1).
Sobald diese Position erreicht ist, liegt die Rollfläche
190 vorzugsweise ein paar tausendstel Millimeter oberhalb
des passend zugehörigen, im Querschnitt halbkreisförmigen
unteren Teils 210 des Matrizenmantels 130, um auf alle
Fälle zu vermeiden, daß das freie Ende des Stanz- und
Nietteils (Mantel der Mutter) bei weiterer Verformung radi
al nach außen auf ein Hindernis stößt.
Das freie Ende des Stanz- und Nietteils wird nun gegen die
konkave Rollfläche 190 des Mutterneinsatzes 134 gedrückt
(s. Fig. 11 und 12), wodurch es, wie in Fig. 12 bei 174 a
gezeigt ist, verdickt wird und die radial nach außen gerich
tete Bewegung beginnt. Die gerundete Prägekante 184 des
Mutternkopfes 164 wird dann in den rohrförmigen Kragen
bereich 282 gedrückt, wodurch die entsprechenden Tafelbe
reiche gegen das freie Ende 174 a des Mutternmantels gescho
ben werden, während gleichzeitig das freie Ende des Muttern
mantels radial nach außen hin in die Rollfläche 206 im Ma
trizenmantel verformt wird (s.Fig. 13).
Schließlich wird das freie Ende 174 a des Mutternmantels 172
in einen U- bzw. hakenförmigen Ringkanal 174 b verformt und
das Tafelmaterial 252 b des rohrförmigen Kragenbereichs in
den hakenförmigen Kanalbereich gedrückt und von der schul
terförmigen Prägekante 184 der Mutter gemäß Fig. 14 einge
schlossen. Die Stirnfläche 168 des Mutternkopfes 164 fluch
tet nun mit dem unverformten Tafelmaterial 250, was ein
wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Befestigungsverfah
rens ist. Somit kann diese Muttern- und Tafelverbindung
dazu verwandt werden, die Tafel 250 mit einer anderen Tafel
od.dgl. Bauelement zu verbinden, ohne daß die Mutter noch
gesondert eingetrieben oder ausgespart bzw. vertieft werden
muß. Beispielsweise kann eine zweite Tafel od.dgl. Bauteil
an die Tafel 250 geklemmt werden, wobei die zweite Tafel
über der Stirnfläche 168 der Mutter liegt. Es ist weiterhin
darauf hinzuweisen, daß das Tafelmaterial des rohrförmigen
Kragenbereichs 252 b für enorme Knick- und Scherfestigkeit
der Verbindung sorgt. Das bedeutet, daß beim Einschrauben
eines Bolzens mit Außengewinde in das Mutterngewinde 170
eine in Fig. 14 nach oben gerichtete Kraft erzeugt wird,
wenn der Bolzen festgeschraubt wird. Der Ringkanal 174 b
wird dadurch in noch engeren Kontakt bzw. Eingriff mit dem
Tafelmaterial des rohrförmigen Kragenbereichs 252 b gebracht
und damit durch den rohrförmigen Kragenbereich und seine
Interaktion mit dem verformten Stanz- und Nietteil die
Widerstandsfähigkeit, insbesondere auch die Knickfestigkeit
der Verbindung erhöht.
Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, wird das erfin
dungsgemäße Verfahren in einem kontinuierlichen Arbeitsgang
durchgeführt, so daß sich das Verfahren und die Vorrichtung
gemäß der Erfindung besonders für die Massenproduktion eig
nen, beispielsweise bei solchen Vorgängen, bei denen mit
jedem Pressenhub ein oder mehrere Verbindungselemente an
einer Tafel angebracht wird bzw. werden. Nach Vollendung
des Befestigungsvorgangs wird die Presse geöffnet und die
Stößelkopfhalterung 36 durch die Schraubenfeder 46 in die
in Fig. 1 dargestellte Position ausgeschoben. Wie in den
eingangs erwähnten Schriften erläutert, führt ein nicht
dargestellter Fördermechanismus kontinuierlich Verbindungs
elemente 116 in die zum Anbringen erforderliche Position,
und zwar vorzugsweise während der Stanzkopf geöffnet wird,
so daß sich das Verbindungselement in dem Augenblick in der
gewünschten Position zum Anbringen an der Tafel befindet,
in dem die Presse vollständig geöffnet ist.
Zusammenfassend läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren
folgendermaßen beschreiben: Zunächst wird der Schneidansatz
86 des Stempels 74 durch die Bohrung 170 und den rohrförmi
gen Mantel 172 des Verbindungselementes bis zur Berührung
der Tafel 250 bewegt. Der Stempel führt dann folgende Opera
tionen im wesentlichen in folgender Reihenfolge durch: Zu
nächst drückt das freie Ende des Stempels den nicht unter
stützten Tafelbereich 252 in die Matrizenausnehmung 132,
wodurch ein im wesentlichen kegelförmiger Tafelbereich 252
entsteht, der, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, in die Ma
trizenausnehmung ragt. Der Schneidansatz 86 des Stempels
stanzt dann einen Butzen 230 aus dem Zentrum des verformten
Tafelbereichs 252 zur Bildung einer Tafelöffnung 254. Die
Ziehkante 188 des Stempels wird nun in das die Öffnung
umgebende Tafelmaterial getrieben, wodurch die Öffnung ver
größert und Tafelmaterial weiter in die Matrizenausnehmung
gedrückt wird. Die Ziehkante kann zumindest teilweise durch
die Tafelöffnung 254 getrieben werden, wodurch die Öffnung
noch weiter vergrößert und Tafelmaterial noch weiter in die
Matrizenausnehmung verformt wird. Das freie Ende, insbe
sondere die Stoß- und Ziehkante 174 des Mutternmantels 172
wird dann in den kegelig verformten Tafelbereich 252 und
durch die Tafelöffnung gedrückt, so daß dieser Tafelbereich
zu einem rohrförmigen Kragen 272 a verformt wird (s.Fig. 9).
Schließlich wird das freie Ende des Mutternmantels bzw.
Stanz- und Nietteils gegen die konkave Rollfläche 190 des
Matrizeneinsatzes 134 gedrückt und radial nach außen ver
formt zur weiteren Anlage an der die Fortsetzung der Roll
fläche bildenden, im Querschnitt halbkreisförmigen unteren
Fläche 210 der Ausnehmung des Matrizenmantels, wobei ein U-
oder hakenförmiger Ringkanal 174 am Mutternmantel gebildet
wird, so daß eine mechanische Verankerung mit dem Tafel
material 252 des rohrförmigen Kragenbereichs entsteht
(s. Fig. 14). Bei dem besonders bevorzugten Ausführungsbei
spiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch die schul
terförmige Prägekante 184 des Mutternkopfes in den Kragenbe
reich 252 b gedrückt, wodurch dieses Tafelmaterial einge
klemmt und die obere Stirnfläche 168 der Mutter in fluchten
de Lage mit der Oberfläche der Tafel 250 gelangt.
Aus den vorstehenden Erläuterungen wird deutlich, daß die
erfindungsgemäße Verformung einer Tafel eines Bleches zu
einer außerordentlich sicheren mechanischen Verbindung zwi
schen dem Mantel bzw. Stanz- und/oder Nietteil 172 einer
Mutter 116 od.dg1. und dem Tafelbereich 252 b gemäß Fig. 14
führt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Verfor
mung des Tafelmaterials sehr genau gesteuert und kontrol
liert werden. Obgleich der Tafelbereich 252 auch von der
Matrizeneinheit während des Stanzens nicht gestützt wird,
vollzieht sich dieser Vorgang jederzeit absolut kontrol
liert. Zunächst wird das freie Ende bzw. die Stoß- und
Ziehkante 174 des Mutternmantels gegen die Tafel mit genau
bestimmter Kraft gedrückt, die während des Stanzens beibe
halten wird, so daß die Bildung des kegelförmigen Tafelbe
reichs 252 a absolut kontrolliert erfolgt, während der But
zen aus der Tafel gestanzt wird. Der verformte Tafelbereich
drückt dann gegen die Ziehkante 188 (s.Fig. 6) unter Bil
dung eines zweiten Ringkontakts mit dem Mutternmantel. Das
freie Ende des Mantels wird danach in den Tafelbereich 252
gedrückt, wobei eine kontrolliert gesteuerte Verformung er
folgt, während der die Tafel an dieser Stelle zu einem
rohrförmigen Kragen gezogen wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Modi
fikationen des Verfahrens und der Vorrichtung möglich. Wie
zuvor beschrieben, steht der Matrizeneinsatz 134 vorzugs
weise unter Federvorspannung nach oben, um seine abgerunde
te Endkante 194 im Kontakt mit dem Tafelbereich 252 zu hal
ten und somit sicherzustellen, daß der relativ kleine But
zen 230 tatsächlich in die Freibohrung 156 des Matrizen
einsatzes geblasen wird. Selbstverständlich kann die Vor
spannung für den Matrizeneinsatz auch anders als durch eine
oder mehrere Federn erfolgen; so kann der Matrizeneinsatz
beispielsweise durch pneumatischen Druck oder ein nachgie
biges Polster nach oben vorgespannt werden. Wie darge
stellt, ist der Innendurchmesser der Innenwandung 178 des
rohrförmigen Mantels 172 mehr als doppelt so groß wie der
Durchmesser des Butzens 230, wodurch genügend Metall für
eine fluchtende Anbringung (s. Fig. 14) der Mutter in der
Tafel zur Verfügung steht und verschiedene weitere Vorteile
des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden einschließ
lich der durch den rohrförmigen Kragenbereich 252 b erhalte
nen Knick- und Scherfestigkeit. Selbstverständlich kann das
erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch dann durchgeführt
werden, wenn der Durchmesser des Butzens annähernd gleich
dem Innendurchmesser des Stanz- und/oder Nietteils bzw.
Mantels 172 der Mutter ist. Im übrigen sind die Einzelhei
ten eines kommerziell geeigneten Ausführungsbeispiels des
Stanzkopfes 20 und der Matrizeneinheit 22 hier anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Selbstver
ständlich braucht das erfindungsgemäße Verfahren nicht un
bedingt mit der beschriebenen Vorrichtung, insbesondere mit
deren offenbarten konstruktiven Einzelheiten durchgeführt
zu werden, während andererseits die Vorzüge der Befesti
gungsvorrichtung nicht auf die mit ihr durchgeführten Ver
fahren beschränkt sind.
Claims (19)
1. Verfahren zum Befestigen eines mit einem Stanz- und/
oder Nietteil (Mantel) (172) versehenen Hohlkörpers
(116), insbesondere einer Mutter, an einem Blech, ei
ner Tafel (250) od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß
aus einem nicht abgestützten Tafelbereich (252) ein
Butzen (230) ausgestanzt und - gegebenenfalls unter
Erweiterung der dadurch gebildeten Tafelöffnung - bei
gleichzeitiger Verformung der Randbereiche der Tafel-
Öffnung bis zu einem rohrförmigen Kragen das Eintrei
ben des Mutternmantels (172) erfolgt, der schließlich
endseitig in einen U- oder hakenförmigen, umlaufenden
Kanal (174 b) verformt wird, in den der Rand (252 b) der
Öffnung unter Verhakung gedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der nicht abgestützte Tafelbereich (252) vor, spä
testens aber während des Ausstanzens des Butzens (230)
kegelförmig verformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Butzen (230) aus dem Zentrum des Kegels
gestanzt wird, bevor der Hohlkörper (116) aktiv auf
die Tafel (250) einwirkt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, gekennzeichnet durch folgenden kontinuierlichen
Ablauf:
- a) Positionieren und Ausrichten des Hohlkörpers (116) gegenüber der auf einer mit einer konkaven, im wesentlichen mit dem Hohlkörper koaxial ausgerich teten Ausnehmung (132) versehenen Matrize (22) abgestützten Tafel (250), so daß das freie Ende des Mantels (172) der Tafel (250) zugekehrt ist;
- b) Vorschub des freien Endes eines Stempels (74) durch
den Hohlkörper (116) einschließlich dessen Mantel
(172) bis zur Berührung eines an seinem freien Ende
angeordneten Schneidansatzes (86) mit gegenüber dem
Innendurchmesser des Mantels und gegenüber dem
Außendurchmesser des unteren Teils (80) des Stem
pels geringerem Durchmesser an der Tafel (250),
woraufhin
- (1) das freie Stempelende den betroffenen Tafelbe reich in die Matrizenausnehmung (132) drückt und einen nicht unterstützten, im wesentlichen kegelförmigen, in die Ausnehmung (132) hineinra genden Tafelbereich formt;
- (2) der Stempel (74) mit seinem Schneidansatz (86) einen Butzen (230) aus dem Zentrum des in die Ausnehmung gewölbten Bereichs (252) unter Bil dung einer Tafelöffnung (254) stanzt; und
- (3) der Stempel (74) mit seiner zwischen dem Schneidansatz (86) und dem Stempelkörper liegen den Ziehkante (188) gegen die Randbereiche der Öffnung (254) gedrückt wird;
- c) sodann Eintreiben des Hohlkörpers (116) mit seinem Mantel (172) in den kegelförmigen Tafelbereich (252) und durch die Öffnung (254) in die Matrizen ausnehmung (132), wobei die Außenfläche des Mantels (172) den kegelförmigen Tafelbereich rohr- oder kragenförmig verformt; und
- d) plastisches Verformen (174 a, b) des freien Endes des Mantels (172) radial nach außen in die Matrizenaus nehmung (132) hinein, zur Bildung einer mechani schen Verbindung mit dem Tafelmaterial.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des
Mantels gegen den kegelförmigen Tafelbereich mit radia
lem Abstand vom Stempel (74) bereits vor dem Ausstan
zen des Butzens unter vorbestimmter Vorspannung ge
drückt wird und die Vorspannung aufrechterhalten wird,
während der Stempel durch die Tafel- bzw. Kragenöff
nung (254) getrieben wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (164) des
Hohlkörpers in den sich entwickelnden Kragenbereich
(252) gedrückt wird, während das freie Ende des Man
tels (172) radial nach außen verformt wird, so daß der
Hohlkörper flach montiert ist, d.h. in eingebautem
Zustand mit seiner dem Mantel gegenüberliegenden
Stirnfläche mit der Tafeloberfläche fluchtet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kragenbereich (Kegelkragen) (252) zumindest teil
weise zwischen dem radial verformten Mantelende und
einer sich zwischen dem Mantel und dem Hohlkörperkopf
befindenden schulterförmigen Prägekante (184) einge
klemmt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der Butzen (230) in
einen sich in der zumindest während des Stanzvorganges
der Verformung der umliegenden Tafelbereiche diesen
anliegend anpassenden Hohlraum, insbesondere einen im
Zentrum der Matrize gelegenen, abführenden Kanal ge
stoßen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Butzen pneumatisch ausgestoßen, vorzugsweise
geblasen wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem im wesent
lichen zylindrischen Schneidansatz (86) im nicht unter
stützten, kegelförmigen Bereich gestanzt, dann ein im
wesentlichen halbkreisförmiger Stempelbereich (188)
gegen den der Tafelöffnung (254) benachbarten Tafelbe
reich gedrückt und die Öffnung dadurch vergrößert so
wie der Tafelbereich noch weiter in die Matrizenausneh
mung gezogen wird, dann die Ziehkante durch die Tafel
öffnung gedrückt und schließlich der Mantel gegen den
der Öffnung benachbarten Bereich und durch die Öffnung
gedrückt wird.
11. Matrize zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
mindestens zweistückig koaxiale Ausbildung, wobei die
Einzelteile relativ beweglich zueinander unter Vorspan
nung gehalten sind.
12. Matrize nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen
zentralen, von einem mit einer Ausnehmung (32) versehe
nen Matrizenmantel (130) umgebenen Matrizeneinsatz
(134), der mit einer koaxial zum Stempel (74) aus
gerichteten Freibohrung (156) versehen ist, sowie
durch Vorspannmittel, die den Matrizeneinsatz (134)
nachgiebig gegen die Tafel (250) entgegen der Ein
treibrichtung drücken.
13. Matrize nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Matrizeneinheit (22) mit einem Anschlag
(144) versehen ist, der dafür sorgt, daß die Teleskop
bewegung des Matrizeneinsatzes (134) während der Ver
formung des Mantels derart begrenzt wird, daß die am
oberen Ende des Matrizeneinsatzes geformte konkave
Rollfläche (190) mit der wirkungsmäßig zugehörigen, im
Querschnitt halbkreisförmig im unteren Teil des
Matrizenmantels (130) ausgebildeten Fläche (210) bzw.
Rollfläche (206) den Verformvorgang nicht hindernd
zumindest nahezu fluchtet bzw. in diese übergeht.
14. Matrize nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis
13 für einen Hohlkörper, der aus einem Kopfteil und
einem konzentrisch einstückig damit verbundenen Mantel
mit inneren und äußeren Oberflächen und einem freien
Ende besteht sowie eine durchgehende, zentrale Bohrung
besitzt, vorzugsweise eine insbesondere mit Innengewin
de versehene Mutter, dadurch gekennzeichnet, daß der
Matrizenmantel (130) mit einer konkaven, napfartigen
Ausnehmung (132), einer Matrizenauflage (200) auf zu
mindest gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung (132)
und einer zentralen Bohrung (136) durch die Ausnehmung
versehen ist, durch die der Matrizeneinsatz (134) te
leskopisch bewegbar mit seinem freien Ende bis in die
Ausnehmung (132) ragt, daß der Matrizeneinsatz (134)
ebenfalls mit einer zentralen Bohrung (156) versehen
ist, während mit etwas Abstand vom freien Ende des
Matrizeneinsatzes eine konkav gewölbte Rollfläche
(190) vorgesehen ist, zu der form- und wirkungsmäßig
eine konkave Rollfläche (206) im Matrizenmantel paßt,
und daß die Vorspannmittel den Matrizeneinsatz mit
seinem freien Ende mindestens bis nahezu auf die Höhe
der Matrizenauflage (200) des Matrizenmantels (130)
drücken können, um den ausgestanzten Butzen aufzuneh
men, und daß das freie Ende des Matrizeneinsatzes te
leskopisch von der Innenwandung (178) des Mantels auf
genommen werden kann und die Rollfläche (190) des Ma
trizeneinsatzes (134) mit der Rollfläche (206) im Ma
trizenmantel (130) zusammenwirkt, so daß das freie
Ende des Mantels radial nach außen in die Verklamme
rung mit dem Tafelmaterial in der Matrizenausnehmung
verformt wird.
15. Matrize nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß der als radiale Schul
ter (144) ausgebildete Anschlag die Teleskopbewegung
des Matrizeneinsatzes (134) nach unten derart be
grenzt, daß die Rollfläche (190) des Matrizeneinsatzes
etwas oberhalb der Rollfläche (206 bzw. 210) des Matri
zenmantels liegt.
16. Matrizen-Stempel-Stößeleinheit zum Befestigen eines
mit einem Stanz- und/oder Nietteil (Mantel) versehenen
Hohlkörpers, insbesondere einer Mutter, an einem
Blech, einer Tafel od.dgl., insbesondere zum Durchfüh
ren des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 10 unter vorzugsweiser Verwendung einer Ma
trize nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (74) ko
axial von einem Stößel (76) teleskopisch gelagert umge
ben ist, der mit seinem freien Ende auf die Stirnflä
che (168) des Hohlkörpers einwirkend das freie Ende
des Mantels durch die Tafelöffnung in die Matrizenaus
nehmung bis zur gewünschten Endverformung und Verbin
dung mit dem Tafelmaterial drückt.
17. Matrizen-Stempel-Stößeleinheit nach Anspruch 16, da
durch gekennzeichnet, daß der Schneidansatz (86) des
Stempels (24) aus einem im wesentlichen zylindrischen,
axial vorstehenden Stanzteil besteht und zum Stempel
hin über eine im wesentlichen im Querschnitt halbkreis
förmige Ziehkante oder Ziehfläche (188), die sich vom
Schneidansatz nach außen hin erweitert, übergeht.
18. Matrizen-Stempel-Stößeleinheit nach Anspruch 16 oder
17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel mit einer
axialen Bohrung versehen ist, die mit der Innenbohrung
des Stößels (76) derart zusammenwirkt, daß das Druckme
dium bis zur Stempelspitze zum Blasen des gestanzten
Butzens (230) in die axiale Matrizenfreibohrung (156)
geleitet werden kann.
19. Vorrichtung zum Befestigen eines mit einem Stanz- und/
oder Nietteil (Mantel) versehenen Hohlkörpers, insbe
sondere einer Mutter, an einem Blech, einer Tafel od.
dgl., insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, unter vor
zugsweiser Verwendung einer Matrize nach einem oder
mehreren der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch
eine Zuführung (120) für die Hohlkörper (116) sowie
einer im Winkel zu dieser Zuführung verlaufenden, da
mit kommunizierenden Stößelführung, die einen Stößel
(76) hin- und herbeweglich aufnimmt, der seinerseits
einen relativ in ihm beweglichen Stempel (74) führt,
der an seinem freien Ende, vorzugsweise einstückig mit
ihm verbunden, einen im wesentlichen zylindrischen,
vorstehenden Schneidansatz (86) trägt, an den sich
eine gebogene Ziehkante (188) radial erweiternd an
schließt und in den eigentlichen Stempel bzw. dessen
unteres Teil (80) übergeht, während der teleskopisch
gegenüber dem Stempel (74) bewegliche Stößel (76) an
seinem freien Ende mit einer aktiv auf den anzubringen
den Hohlkörper einwirkenden Druckfläche (94) versehen
ist, daß der Stempel mit seinem freien Ende telesko
pisch durch die Hohlkörperbohrung einschließlich des
Mantels (172) bis zur Anlage an der mit dem Hohlkörper
zu versehenden Tafel (250) bewegt werden kann, und daß
die Befestigungsvorrichtung, die als Stanzkopf (20)
mit der Matrizeneinheit (22) zusammenwirkt, einen An
trieb für den Stempel (74) besitzt, der den Schneid
ansatz (86) bis zur Stanzstellung an die Tafel (250)
drückt und für das Ausstanzen eines Butzens (230)
sorgt, sodann die Ziehkante (188) gegen die die Tafel
öffnung umgebenden Bereiche zum Erweitern der Öffnung
drückt und dann schließlich den Stößel (76) mit seiner
Druckfläche gegen den Kopf (164) des Hohlkörpers
drückt, um diesen mit seinem Stanz- und/oder Nietteil
bzw. Mantel durch die erweiterte Tafelöffnung zu
drücken.
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