ES2234923T3 - Perno con vastago y cabeza esferica, pieza de construccion compuesta y procedimiento de fabricacion de un tal perno. - Google Patents

Abstract

Perno (10) con un vástago (12), que en un primer extremo (14) se diseña para una unión (16) por remachado con un elemento (18) con forma de placa, en especial con una pieza de chapa, caracterizado porque el vástago (12) posee en su otro extremo (20) una configuración (22) con forma esférica, cuyo diámetro (D) de la esfera es mayor que el diámetro (d) del vástago.

Description

Perno con vástago y cabeza esférica, pieza de construcción compuesta y procedimiento de fabricación de un tal perno.

El presente invento se refiere a un perno con un vástago, que en un primer extremo se diseña para la unión por remachado con un elemento plano, en especial con una pieza de chapa. Se refiere, además, a un elemento de construcción compuesto formado por un perno de esta clase y por un elemento de construcción así como a un procedimiento para la fabricación de un perno de esta clase.

Un perno de la clase mencionada más arriba es en sí conocido a través de la solicitud internacional PCT/EP00/06465 (que se corresponde con la solicitud de patente europea 99 120 559.2) no publicada, de la correspondiente solicitud de patente alemana 100 33 149.1 así como de la solicitud internacional PCT/EP00/06468 (que se corresponde con la solicitud de patente europea 00931 155 6) igualmente no publicada, respectivamente a través de la correspondiente solicitud de patente alemana 100 22 152.1.

Uno de los problemas de la construcción mecánica reside en la fabricación de pernos con una cabeza esférica baratos. Estos pernos se utilizan por ejemplo como elementos de acoplamiento de amortiguadores de resortes utilizados en la sustentación de las tapas de maletero o de las tapas de motor de vehículos de turismo. Sin embargo, estos elementos de acoplamiento también se encuentran en una gran cantidad de otras construcciones, por ejemplo en las varillas de articulación del mecanismo de accionamiento de carburadores y análogos.

Los pernos con cabeza esférica conocidos poseen en el vástago una rosca y una brida, que sobresale radialmente de la rosca, para que el perno pueda ser montado de manera firme en un elemento de chapa o en un soporte. Esta construcción del vástago dificulta también la fabricación de la cabeza esférica, ya que da lugar a limitaciones en el diseño de los útiles de estampado en frío de la cabeza esférica.

En los pernos con cabeza esférica conocidos es problemático, que, cuando estos se fabrican de manera barata como piezas estampadas en frío, los elementos móviles del útil, que forman la cabeza esférica, se desplazan radialmente hacia el eje longitudinal del perno y forman, en las superficies de separación, es decir allí donde las piezas del útil inciden una en otra, rebabas en la superficie de la cabeza esférica, hallándose las rebabas siempre en un plano radial. Esta rebabas tiene que ser eliminadas, incluso cuando son finas, de manera costosa en un proceso ulterior o se tiene que aceptar el inconveniente de que las rebabas conducen rápidamente a un desgaste de la cazoleta, que aloja la cabeza esférica, tanto si esta es de material plástico, como si es de metal.

El objeto del presente invento es prever un perno con una cabeza esférica, que se pueda fabricar de una manera extremadamente barata y que, a pesar de ello, no posea una rebaba molesta. Además, se debe hacer posible un acoplamiento barato del perno con un elemento de construcción, de manera, que el correspondiente elemento de construcción compuesto se pueda obtener igualmente de una manera barata. Igualmente se debe crear un procedimiento barato para la fabricación de un perno de esta clase.

Para la solución de este problema se prevé un perno de la clase mencionada más arriba con la característica especial de que el vástago posee en su otro extremo una configuración esférica con un diámetro de la esfera mayor que el del vástago.

Con otras palabras: el perno según el invento se compone en principio únicamente de una cabeza esférica y de un vástago cilíndrico, que se construye hueco en su extremo opuesto a la cabeza esférica para establecer una unión por remachado con un elemento con forma de placa, en especial una pieza de chapa. Dado que el diámetro del vástago es constante, se puede fabricar el elemento funcional por el hecho de que una pieza bruta cilíndrica sea alojada en la cavidad cilíndrica de una matriz sobresaliendo del lado frontal de la matriz, por el hecho de que en la zona de la transición entre la cavidad y el lado frontal se configura en la matriz una cavidad con forma de semiesfera, cuyo diámetro de la esfera equivalga al diámetro de la esfera de la configuración con forma esférica del perno, por el hecho de que sobre el extremo frontal libre de la pieza bruta cilíndrica, que sobresale de la matriz, se presiona un útil provisto igualmente de una cavidad con forma de semiesfera y por el hecho de que el extremo de la pieza bruta cilíndrica, que sobresale de la matriz se transforma por conformado en frío en la configuración con forma
esférica.

Mientras que en el estado de la técnica los útiles de estampado en frío utilizados para la fabricación de la cabeza esférica se desplazan en la dirección radial con relación al eje longitudinal de la correspondiente pieza bruta, los útiles según el invento, de los que sólo existen dos, a saber la matriz y el útil que coopera con ella, se pueden disponer por decirlo así coaxiales con la pieza bruta cilíndrica y ser desplazados uno contra otro para generar por estampado en frío la configuración con forma esférica de la pieza bruta cilíndrica. Esto significa, que en el estado cerrado de la matriz y del útil, es decir, cuando estos apoyan mutuamente en una superficie de separación, esta superficie de separación se halla en un punto equivalente a un ecuador de la configuración con forma esférica y es perpendicular al eje longitudinal de la pieza bruta cilíndrica, respectivamente al vástago del perno.

Con esta configuración es posible, por un lado, guiar la matriz y el útil de tal modo, que estén alineados mutuamente de manera exacta y que sólo se forme una rebaba exterior pequeña, si es que se forma, en la zona del ecuador. Sin embargo, esta rebaba ya no es tan molesta, ya que en la rotación de la cazoleta alrededor del eje longitudinal de la cabeza esférica no ejerce un efecto de rascado manifiesto sobre la cazoleta, como sucede en el caso de una rebaba que se extienda en un plano radial. Dado que el vástago del elemento funcional se construye al menos esencialmente con forma cilíndrica y posee un diámetro exterior constante, se puede fabricar la pieza bruta cilíndrica de una manera extremadamente barata a partir de material en barra cilíndrico o de alambre o de material con forma de tubo y ya no es necesaria un movimiento radial de partes de la matriz o del útil para tener en cuenta características de forma en el vástago, ya que con un vástago cilíndrico puro no se producen estas características de forma.

Con la configuración de la unión por remachado de acuerdo con la clase descrita en las solicitudes PCT mencionadas más arriba, respectivamente las correspondientes solicitudes de patente alemana, es, a pesar de ello, posible fijar el perno correspondiente de manera barata y con una resistencia suficiente a una pieza de construcción, respectivamente una pieza de chapa.

El perno posee en el primer caso (caso de la PCT/EP00/06465 mencionada más arriba) una configuración denominada en ella elemento de cabeza con forma de un cilindro hueco provisto de características de punzonado y de remachado y que se aloja de manera autoestampada en una pieza de chapa. Para ello se transforma el extremo libre del elemento de cabeza hueco en un borde de remachado en uno de los lados de la pieza de chapa y la pared de la pieza cilíndrica se transforma en el otro lado de la pieza de chapa en un pliegue anular, de manera, que la pieza de chapa quede aprisionada entre el borde de remachado y el pliegue anular. Con ello se obtiene una unión robusta entre el perno y la pieza de chapa.

El perno posee en el segundo caso (caso de la solicitud de la PCT/EP00/06468 arriba mencionada) igualmente una zona designada en ella como elemento de cabeza, que se configura nuevamente hueca, pero que está muy redondeada en su extremo frontal abierto poseyendo así en conjunto forma de puro.

En ambos casos, el correspondiente elemento posee en las formas de ejecución preferidas un diámetro al menos esencialmente constante en toda su longitud.

En el caso del elemento con forma de puro no se aloja este de manera autoestampada en la pieza de chapa, sino que la zona hueca del perno es utilizada para introducir a presión la pieza de chapa en una cámara de conformado de una matriz y al mismo tiempo es deformada en dos pliegues anulares axiales distanciados entre sí por medio de una garganta anular, al mismo, que el material de la chapa es introducido a presión en la garganta anular estableciendo así una unión remachada robusta entre el perno y la pieza de chapa. Los vástagos de los correspondientes pernos están provistos usualmente de una rosca exterior. También se describen otras configuraciones, como una acanaladura corrida para el alojamiento de una grapa elástica. Las configuraciones, descritas en las solicitudes internacionales, respectivamente en las correspondientes solicitudes de patente alemana mencionadas más arriba, de las uniones remachadas con la pieza de chapa pueden ser utilizadas de manera idéntica en el presente invento y representan formas de ejecución preferidas de la unión remachada utilizable en el presente invento.

La deformación de la zona hueca del vástago en su primer extremo opuesto a la cabeza esférica conduce en ambos casos a un pliegue anular suficientemente ancho, que hace posible un buen acoplamiento con la pieza de chapa y forma, por decirlo así, una base ancha, de manera, que las fuerzas que actúen sobre la cabeza esférica en la dirección radial no dan lugar a un aflojamiento del perno.

Las formas de ejecución especialmente preferidas del perno así como del elemento de construcción compuesto, del procedimiento así como de la matriz y de los útiles según el presente invento se desprenden de la descripción de las figuras así como de la reivindicaciones subordinadas.

En lo que sigue se describe el invento con detalle por medio de ejemplos de ejecución y haciendo referencia al dibujo. En él muestran:

La figura 1, un perno según el invento en una sección parcial en la dirección longitudinal.

La figura 2, el útil utilizado según el invento para la fabricación del perno según el invento de la figura 1.

La figura 3, un diagrama, que se corresponde con la figura 5 de la solicitud PCT/EP00/06465 mencionada más arriba, para explicar el montaje del perno según el invento en una pieza de chapa.

La figura 4, una figura, que se corresponde con la figura 2 de la solicitud PCT/EP00/06468, para representar la utilización de la unión remachada de esta solicitud PCT en el presente invento.

La figura 5, una representación en una sección en la dirección longitudinal de un perno con cabeza esférica fabricado a partir de material en tubo.

La figura 6, una representación análoga a la de la figura 5 de un perno con cabeza esférica fabricado con un procedimiento de conformado con alta presión interior.

La figura 7, un útil preferido para el montaje de pernos con cabeza esférica.

La figura 8, un detalle de la matriz de la figura 7 en la zona del rectángulo allí dibujado y sin pieza de chapa.

La figura 9, el detalle de la figura 8 después del montaje del perno con cabeza esférica.

Las figuras 10A a 10D, un serie de bocetos para la representación de diferentes preparaciones posibles de la chapa.

En la descripción que sigue se utilizan siempre los mismos símbolos de referencia para las piezas y las características iguales o similares, de manera, que la descripción de una pieza o de una característica también es válida para una pieza, respectivamente una característica con el mismo número y que no es preciso repetir la descripción.

La figura 1 muestra en una vista lateral un perno 10 según el invento con un vástago 12 diseñado en un extremo 14 para la unión 16 por remachado (véase la figura 3) con un elemento 18 con forma de placa junto con una chapa. El vástago 12 posee en su otro extremo 20 una configuración 22 con forma esférica, cuyo diámetro D de la esfera es mayor que el diámetro d del vástago.

El diámetro d del vástago 12 es al menos esencialmente constante en esencialmente al menos toda la longitud de este desde la configuración 22 con forma esférica hasta el lado 24 frontal del primer extremo 14.

El primer extremo 14 del vástago 12, previsto para la unión 16 por remachado con la pieza 18 de chapa, se configura hueco y posee al menos esencialmente el mismo diámetro d exterior que el resto del vástago 12. La cavidad 26 así formada se configura, como muestra la figura 1, al menos esencialmente con forma cilíndrica circular. El primer extremo 14 del vástago 12 se conforma de manera en sí conocida con características de punzonado y remachado, a saber, con la forma de un canto 28 de recalcado y embutición redondeado y posee en el interior una superficie 30 de corte cónica. La parte de punzonado y de remachado del perno 10 se configura por ello según el documento DE-PS 34 470 06 C2. El contorno exterior del vástago 12 también se configura con preferencia con forma cilíndrica circular, es decir, que en sección transversal posee un contorno circular. Sin embargo, también cabría imaginar la utilización de otras formas ligeramente diferentes de la forma circular del vástago 12, por ejemplo una forma poligonal, si esto pareciera conveniente por razones especiales.

La parte 32 hueca debería poseer una longitud L mínima (medida en la dirección del eje 34 longitudinal central del perno 10) para garantizar la existencia de material suficiente en la parte hueca para conformar, durante la formación de la unión 16 por remachado el reborde 36 de remachado en el lado 38 de la pieza 18 opuesto a la configuración 22 con forma esférica, para puentear el grueso de la pieza 18 de construcción y para conformar el pliegue 40 en el lado 42 de la pieza 18 de construcción orientado hacia la configuración con forma esférica.

También cabe imaginar la construcción totalmente hueca del perno, lo que tendría la ventaja de que el perno se podría fabricar a partir de material en tubo y de que la configuración con forma esférica se podría fabricar con un procedimiento de transformación con alta presión en el interior de un molde exterior correspondiente.

Cuando se utiliza un vástago hueco, también se puede proveer este de una rosca interior, con lo que, después de establecer la unión por remachado según la figura 3 y de eliminar la pipa 44 de punzonado representada en ella, se puede introducir en la rosca desde el extremo opuesto a la configuración 22 con forma esférica un espárrago para reforzar adicionalmente la unión con la pieza de chapa, si ello fuera necesario. Un espárrago de esta clase también aumentaría la rigidez del propio perno. En una construcción de esta clase (no representada) sería necesario prever arandelas correspondientemente configuradas para el asiento firme de la cabeza del perno en el lado inferior de la pieza 18 de chapa, al mismo tiempo, que eventualmente sería suficiente proveer el reborde 36 de remachado por medio de un proceso de prensado de un lado inferior plano (en la figura 3).

De la figura 1 se desprende, además, que la configuración 22 con forma esférica posee una línea 46 de ecuador, que se halla en un plano perpendicular al eje 34 longitudinal del vástago. En el lugar de la línea 46 de ecuador no se detecta esencialmente una rebaba, respectivamente elevación durante la fabricación del perno, mostrando únicamente este ecuador 46 la posición de la separación de los útiles utilizados para conformar la configuración con forma esférica. Estos útiles se representan con más detalle en la figura 2. Se componen de una matriz 50 inferior y de un útil 52 superior. La denominación "inferior" y "superior" se refiere aquí, igual que en otros lugares de la descripción y de las reivindicaciones, únicamente a la alineación en el dibujo y no representan limitación alguna de la alineación real de la matriz, respectivamente del útil. Estas piezas se pueden disponer también de tal modo, que la matriz se halle por encima del útil 52, de manera, que el eje 54 longitudinal central sería horizontal o estaría orientado en otra dirección.

La matriz 50 posee una cavidad 56 cilíndrica, que en la zona del lado 58 frontal de la matriz se prolonga en una cavidad 60 con forma semiesférica, cuyo diámetro de esfera equivale al diámetro D de la configuración 22 con forma esférica del perno 10. En el interior de la cavidad 56 central de la matriz se halla una barra 62 cilíndrica, cuyo extremo 64 frontal superior se halla en el interior de la cavidad 26 del perno 10 y asienta por ejemplo en una pared 66 transversal de la cavidad 26. La barra 62 apoya en su extremo inferior en un apoyo fijo, igual que la matriz 50. La barra 62 se halla en el interior de una vaina 68, que se puede desplazar con movimiento de vaivén según la flecha 70 doble para expulsar el perno 10 terminado de la matriz.

Por encima de la matriz y alineado coaxialmente con ella se halla un útil 52, que en su extremo 70 frontal posee igualmente una cavidad 74 con forma semiesférica, al mismo tiempo, que esta cavidad 74 con forma semiesférica también se prolonga en una cavidad 76 cilíndrica circular dispuesta igualmente coaxial con el eje 54 central longitudinal. El símbolo 80 de referencia representa en esta forma de ejecución una guía cilíndrica, que se halla en la cavidad 76 y cuyo extremo 82 frontal inferior se encarga de producir el aplanamiento 84 en el extremo superior de la configuración 22 con forma esférica. Esta guía 80 puede también puede ser pretensada con un dispositivo de resorte, de manera, que se pueda desplazar ligeramente, cuando, por razones de tolerancia, existe demasiado material para la configuración de la configuración 22 con forma esférica.

Ahora se describirá con detalle el funcionamiento de la disposición según la figura 2. Prescíndase en primer lugar del perno 10. En primer lugar se introduce una pieza bruta cilíndrica (no representada), que posee la cavidad 26 y las características de punzonado y de remachado, en la cavidad 56 central de la matriz 50, de manera, que la pared 66b transversal apoye en el lado superior de la barra 54. En este estado, la vaina 68 de expulsión está retraída, de manera, que el lado frontal 24 inferior de la pieza bruta queda distanciado de la vaina 68 o la puede desplazar con una pequeña presión de apoyo. La matriz 52 superior es conducida ahora, guiada por la barra 80 de guía, hacia abajo y deforma el extremo frontal superior de la pieza bruta cilíndrica para formar la configuración 22 con forma esférica. Al final del movimiento del útil 52 hacia la matriz el lado 72 frontal inferior del útil 52 se halla apoyado en el lado 58 frontal superior de la matriz 50 y la zona de separación, es decir la posición de los lados 72 y 58 frontales mutuamente apoyados, se elige de tal modo, que se halle en la línea 46 de ecuador de la configuración con forma esférica. La pieza bruta cilíndrica se dimensiona de tal modo, que, antes del movimiento de cierre del útil 52 contra la matriz 50, sobresalga del lado 58 frontal de la matriz 50 una distancia tal, que se disponga exactamente de la cantidad de material necesaria para que en el estado cerrado de los útiles, es decir, cuando el lado 72 frontal de útil 52 asienta en el lado 58 frontal de la matriz 50, se rellene completamente el espacio con forma esférica así formado.

En el momento en el que los útiles alcanzan esta posición cerrada, queda terminado el perno y el útil 52 es desplazado nuevamente hacia arriba alejándolo de la matriz 50, mientras que la vaina 68 es desplazada hacia arriba para expulsar, como se representa en la figura 2, el perno 10 terminado de la matriz 50. A continuación se puede introducir una nueva pieza bruta cilíndrica en la cavidad 56 y se repite el procedimiento para producir otro perno.

En este procedimiento de fabricación se puede disponer la matriz en el útil inferior de una prensa, mientras que el útil 52 superior se monta en el útil superior de la prensa o en una placa intermedia de la prensa.

El procedimiento para el montaje del perno 10 en una pieza 18 de chapa, como se representa en la figura 3, se describe con detalle en la solicitud PCT/EP00/06465 mencionada más arriba y no se describe nuevamente aquí, ya que la clase exacta de la configuración de la unión remachada no es objeto del presente invento. Dado que el extremo inferior del perno 10 está provisto de características de punzonado y de remachado, se puede introducir de manera autopunzonante en la pieza 18 de chapa, con lo que se forma la pipa 44 de punzonado. La pipa de punzonado está aprisionada, como se representa en la figura 3, en la cavidad 26 conformada del perno 10 y contribuye a la robustez de la unión 16 remachada. El lado 90 superior del pliegue 40 anular está dispuesto de tal modo, que se halle aproximadamente en el mismo plano que el lado 42 superior de la pieza 18 de chapa y no representa por ello un obstáculo para la libertad de movimiento de una cazoleta colocada sobre la configuración 22 con forma esférica. Se observa, que, debido a la forma (inicialmente plana) de la pieza 18 de chapa en la zona de la unión 16 remachada, se crea una unión extremadamente robusta del perno 10 con la pieza 18 de chapa.

No es necesario, que el perno 10 se construya obligatoriamente como se representa en la figura 1, sino que también cabe imaginar otras configuraciones del primer extremo 14, que se presten también para una unión remachada con una pieza de chapa. En especial entra en consideración una configuración como la que se representa en la figura 2 de la solicitud PCT/EP00/06468 mencionada más arriba. Esta configuración hace posible una unión 16' remachada como la que se representa en la figura 4 y se realiza exactamente igual a como se indica en la mencionada solicitud PCT. En esta clase de unión remachada es ventajoso, que la pieza 18 de chapa no es perforada, de manera, que se obtiene una unión estanca a agua. Como se puede leer en la correspondiente solicitud PCT, la unión 16' remachada se realizó aquí de tal modo, que la zona hueca del perno se conforma con dos pliegues anulares, a saber un pliegue 40' anular superior y adicionalmente un pliegue 92 anular inferior, que forman entre sí una cavidad 94 con forma anular. Como se representa en 96 en la figura 4, el material de la chapa se introdujo por medio del montaje del perno en esta cavidad 94 con forma anular y se aprisiona firmemente entre los dos pliegues 40' y 92 anulares. Los símbolos 98 de referencia representan en este ejemplo uñas de seguro contra giro, que son importante en la solicitud PCT, cuando el correspondiente elemento deba absorber pares de giro alrededor del eje longitudinal. Dado que aquí se trata de un perno con una cabeza esférica, que no tiene que absorber pares de giro, no son obligatoriamente necesarias estás uñas 98 de seguro contra giro y se puede prescindir de las correspondientes características de conformado de los útiles necesarios para conformar estas uñas de seguro contra giro.

En todas las formas de ejecución también se pueden citar para el material de los elementos funcionales todos los materiales, que en el marco de la transformación en frío alcancen los valores de resistencia de la clase 8 según el estándar ISO, por ejemplo una aleación 35B2 según DIN 1654. Los elementos de fijación así obtenidos se prestan entre otros para todos los materiales de acero comerciales para piezas de chapa embutibles así como para aluminio y sus aleaciones.

La figura 5 muestra una sección transversal axial de un perno 10 con cabeza esférica análogo al perno 10 con cabeza esférica de la figura 1, pero con la diferencia de que el elemento se fabricó a partir de material en tubo, poseyendo por ello una cavidad 100 longitudinal central pasante con sección transversal circular. El extremo frontal inferior del elemento según la figura 5 se puede construir, en correspondencia con el extremo frontal inferior del perno de la figura 1, con características de punzonado y de remachado con la forma de un canto 28 de punzonado y embutición redondeado y con una superficie 30 de corte cónica, pero se representa aquí en una ejecución en la que la superficie 30 de corte cónica se redujo al mínimo, como también es posible. El extremo inferior de la cavidad 100 longitudinal equivale a la cavidad 26 del perno 10 con cabeza esférica de la figura 1, respectivamente forma esta cavidad.

El perno 10 con cabeza esférica se fabrica en correspondencia con el perno 10 con cabeza esférica de la figura 1 en un útil según la figura 2, con la única diferencia de que la barra 80 de guía se provee con preferencia de un saliente cilíndrico (no representado), que penetra en la cavidad 100 longitudinal central de la pieza bruta con forma de tubo, respectivamente el perno con cabeza esférica y se extiende hacia abajo hasta aproximadamente el extremo frontal superior de la barra 62 de guía para sustentar el material en forma de tubo desde el interior durante el conformado de la cabeza esférica y evitar deformaciones indeseadas del material en tubo. El talón entre la barra 80 y el saliente cilíndrico dirigido hacia abajo, que también sirve como espiga de guía y se introduce en la cavidad longitudinal central del elemento, forma un hombro radial, que se encarga del aplanamiento 84 en el extremo superior de la cabeza esférica.

La figura 6 muestra una configuración alternativa de un perno 10 con cabeza esférica, que se fabrica a partir de material en tubo. En este caso se introduce un trozo de tubo cilíndrico circular en un útil de dos piezas (no representado), que posee como cavidad la forma exterior del perno con cabeza esférica de la figura 6. El lado 24 frontal inferior en la figura 6 del perno 10 con cabeza esférica apoya en una pared transversal de la cavidad del molde y, a través del extremo frontal superior en la figura 6, se inyecta con alta presión en el interior del trozo de tubo, a través de una boquilla apropiada, un líquido hidráulico, de manera, que la forma esférica de la cabeza esférica es producida por la elevada presión aplicada en el lado interior. El molde de dos piezas, no representado, pero configurado en la zona del perno con cabeza esférica de acuerdo con el útil 52 y la matriz 50, posee una superficie de separación entre las dos mitades del molde a la altura del plano 102 representada en la figura 6. Una vez conformado el perno 10 con cabeza esférica, se abre el molde y el perno con cabeza esférica puede ser extraído del molde, eventualmente con la ayuda de un empujador, que se desliza en la dirección axial de la parte del vástago del perno con cabeza esférica en el interior de una mitad del molde y que presiona con preferencia sobre el lado frontal 24 inferior en la figura 6 del de perno 10 con cabeza esférica.

La figura 7 representa un útil 104 preferido para el montaje de un perno con cabeza esférica, por ejemplo según la figura 1, en una pieza con forma de placa, que posee la forma de una pieza 18 de chapa. La pieza 18 de chapa apoya en el lado frontal superior de una matriz 104, que se parece en sus rasgos esenciales a las matrices según la solicitud europea de patente 99120559.2 mencionada más arriba no publicada, respectivamente a la solicitud europea de patente 00931155.6 mencionada más arriba e igualmente no publicada. De acuerdo con la figura 9 de la solicitud de patente mencionada en primer lugar, la matriz 104 prevista aquí posee un cuerpo 106 hueco con un lado 108 frontal previsto para el apoyo de una pieza de chapa, que se prolonga, por medio de una pared 110, que se estrecha cónicamente, en un espacio, que posee un elemento 112 de tope, al mismo tiempo, que el elemento 112 de tope está separado de la pared, que se estrecha cónicamente, para formar una ranura 113 anular con forma de cuña vista en sección transversal.

En la ranura anular con forma de cuña se hallan varias piezas de conformado a modo de segmentos e iguales desde el punto de vista de la construcción, por ejemplo 1 a 8, en especial 4 elementos 116 de conformado, que se disponen alrededor del eje 118 longitudinal de la matriz en la ranura 113 anular cuneiforme y que apoyan tanto en la pared 110 con forma cónica, como también en el elemento 112 de tope. Las piezas 116 de conformado se pueden disponer de tal modo, que ocupen totalmente la ranura 113 anular alrededor del eje 118 longitudinal, es decir de tal modo, que no exista una estructura entre piezas 116 de conformado, por ejemplo según la figura 10 de la solicitud EP 99120559.2 mencionada más arriba o entre las piezas de conformado adyacentes de la matriz puede haber una estructura sólida de la matriz, como en el caso de la matriz de las figuras 1 y 2 de la solicitud EP 00931155.6 mencionada más arriba, respectivamente la matriz utilizada anteriormente por el mismo inventor.

Sin embargo, el elemento de tope de esta forma de ejecución posee una construcción algo diferente de la de la solicitud de Patente Europea mencionada.

En primer lugar se observa, que el elemento 112 de tope posee un collar 120 anular, que se extiende radialmente y que penetra en ranuras 122 correspondiente de las piezas de conformado, al mismo tiempo, que el elemento 112 de tope es móvil junto con las piezas de conformado en la dirección 118 axial de la matriz 104. El extremo 124 inferior del elemento de tope penetra en una cavidad 126 del cuerpo 106 de la matriz y se cierra allí por medio de un elemento 130 con forma de disco atornillado aquí por medio de un tornillo 128. En esta cavidad 126 se halla entre el hombro 132 de la parte exterior de la matriz, que se extiende radialmente hacia el interior, y el disco 130 un resorte helicoidal de compresión diseñado para arrastrar el elemento 112 de tope hacia abajo y con el elemento 112 de tope las piezas 116 de conformado por medio del collar 120 con forma anular. El movimiento máximo de las piezas de conformado hacia abajo es limitado por el lado 134 superior del hombro anular en el que llegan a apoyar las piezas de conformado. Esto también limita, a través del collar 120 y de las ranuras 122, la posición más baja posible del elemento 112 de tope. El extremo 136 superior del elemento 112 de tope, que se representa de manera ampliada en las figuras 8 y 9, forma un espacio 138 de conformado para el extremo 14 con forma de tubo del perno 10 con cabeza esférica. Esta cámara de conformado con forma anular posee una superficie 140 de rodadura con forma semicircular vista en sección transversal en la zona de su fondo, dispuesta de manera manifiesta por debajo de las uñas 142, que se extienden radialmente hacia el interior, de las piezas 116 de conformado. El lado 143 frontal del saliente 144 central del elemento de tope se halla a haces con el lado 146, superior en la figura 8, de las piezas 116 de conformado, que a su vez se hallan a haces del lado superior de la pieza 106 exterior de la matriz 104 y del útil, que aloja la matriz (no representada).

El símbolo 150 de referencia indica un elemento de resorte anular, que une las piezas de conformado con el elemento de tope.

Como se desprende de la figura 8, las piezas de conformado poseen cantos 152 redondeados, como se desprende de la representación con líneas dobles.

Mientras que en el caso de la matriz según la solicitud PCT/EP00/06468 la pieza de chapa se transforma, durante el punzonado del elemento correspondiente en una cámara de conformado de la matriz, en una cavidad a modo de cazoleta, el saliente 144 central coopera con las características 28, 30 de punzonado y de remachado del extremo inferior del perno 10 con cabeza esférica para punzonar en la pieza de chapa una pipa 44 de punzonado, de manera análoga a la descrita en relación con la matriz de conformado según la patente alemana DE-PS 3447006.

El lado 24 frontal inferior del perno con cabeza esférica punzona con ello, colaborando con el lado 143 frontal superior del saliente 144 central del elemento 112 de tope la pieza 18 de chapa y embute el material de la chapa alrededor del orificio así formado por encima de las uñas 142 redondeadas de las piezas de conformado hacia el interior de la cámara 138 de conformado de la matriz. Al mismo tiempo, el material del extremo con forma de tubo del perno 10 con cabeza esférica es desviado por medio de las superficies de rodadura del elemento de tope de la matriz radialmente hacia el exterior y después nuevamente hacia arriba hasta que el lado 24 frontal libre del perno 10 con cabeza esférica apoye en el lado 154 inferior de las uñas 142, que penetran radialmente hacia el interior, de las piezas 116 de conformado.

De la figura 9 se desprende, que la configuración 156 con forma de cono de la pieza 18 de chapa hacia el interior de la cámara 138 de conformado de la matriz se halla ahora con unión cinemática de forma en el interior del extremo 14 frontal rebordeado del perno 10 con cabeza esférica y que al menos esencialmente la totalidad de la cámara 138 de conformado está llena con metal. En el momento en el que se alcanza esta posición, el material del perno con cabeza esférica ya no puede penetrar en la cámara 138 de conformado, pero la longitud del collar con forma de tubo se dimensiona de tal modo, que se pueda formar el pliegue 40 anular mencionado hasta aquí, lo que se representa en la figura 9. El movimiento del lado 24 frontal libre del perno con cabeza esférica es detenido de manera eficaz en el lado 154 inferior de las uñas de las piezas 116 de conformado, de manera, que ahora se puede formar el pliegue 40 anular.

Se observa, que la pipa 44 de punzonado, que se formó al punzonar la pieza de chapa, es aprisionada en el interior de la cavidad 26 entre el extremo 143 frontal superior del saliente 144 central y la pared 66 transversal, reforzando allí la unión con la pieza de chapa.

Al abrir la prensa después de la fijación por punzonado del perno 10 con cabeza esférica, se levanta en primer lugar el perno 10 con cabeza esférica, que extrae al mismo tiempo la pieza de chapa con la que está unido ahora de la matriz. Las piezas 166 de conformado se desplazan con ello junto con el elemento 112 de tope hacia arriba, al mismo tiempo, que el resorte helicoidal es comprimido en la cavidad 126 hasta que las fuerzas, que actúan en al zona del reborde 36 de remachado, sean suficientes para desplazar las piezas 116 de conformado radialmente hacia el exterior separándolas del reborde 36 de remachado, con lo que la pieza compuesta formada por el perno 10 con cabeza esférica y la pieza 18 de chapa se liberta de la matriz 104.

La parte 160 superior del útil 104 según la figura 7 representa una cabeza de asiento diseñada para la unión del perno 10 con cabeza esférica con la pieza 18 de chapa y que puede ser montada para ello, por medio de un soporte no representado, en un útil 163 superior de una prensa, respectivamente en una placa intermedia de la prensa o, en una disposición invertida, en un útil inferior de la prensa.

La cabeza 160 de punzonado está alineada en este caso para obtener un asiento centrado del perno con cabeza esférica en la matriz y evitar el plegado del perno, cuando se monta por punzonado. La matriz garantiza la rotura del reborde al apoyar el lado 24 frontal libre del reborde 36 del remache en la matriz, es decir en las piezas 116 de conformado y con ello un instante definido para el abombamiento del vástago para formar la brida 40 anular, incluso cuando sólo se prevé una pieza 116 de conformado, lo que es fundamentalmente posible en el caso de una construcción de la matriz análoga a la solicitud EP 00931155.6 mencionada más arriba.

La cabeza 160 de la matriz posee una parte 162 exterior con forma de tubo con una cavidad 164 con forma de cono en el extremo 166 frontal inferior en la que se alojan nuevamente varias piezas de conformado, por ejemplo cuatro piezas 168 de conformado de las que en la figura 7 sólo es visible una pieza 168 de conformado. Las piezas de conformado poseen una pared 170 exterior con forma de cono, que se construye complementaria de la pared 164 con forma de cono de la parte 162 exterior de la cabeza 160 de la matriz.

En la parte inferior de las piezas de conformado de la figura 7 poseen estas superficies 172, que se extienden radialmente hacia el interior y que atacan en el vástago 14 del perno 10 con cabeza esférica así como se construyen con superficies cilíndricas parciales para hacer posible un asiento en la superficie del perno con cabeza esférica y para garantizar la necesaria alineación del perno 10 con cabeza esférica con el eje 174 longitudinal central de la cabeza de la matriz, que es coaxial con el eje 118 longitudinal central de la matriz.

Las piezas 168 de conformado poseen en la parte superior uñas 176 dirigidas radialmente hacia el interior, que se extienden hacia el interior de una ranura 180 de una vaina 182 desplazable de la cabeza 160 de la matriz. El límite 184 inferior de la ranura pasa por detrás de las uñas, de manera, que las piezas 168 de conformado son guiadas de manera obligada, es decir, que son desplazables axialmente con la vaina 182.

Un resorte 184 anular rodea las piezas 168 de conformado y asegura por lo tanto, que las piezas 168 de conformado no se pierdan. La vaina 182 posee en su parte superior un collar 186 dirigido radialmente hacia el exterior, que se puede mover en una cavidad 188 cilíndrica circular de la pieza 162 exterior del útil 160, al mismo tiempo, que un hombro 190 dirigido radialmente hacia el interior de la pieza 162 del útil 160 limita por abajo la cavidad 188 y forma un tope para el collar 186, dirigido radialmente hacia el
exterior, de la vaina 182.

En el interior de la parte superior de la vaina se halla un resorte 192 helicoidal de compresión ligero, que en su extremo 194 frontal inferior apoya en un hombro 196 de la vaina dirigido radialmente hacia el interior y que en su extremo frontal superior en la figura 7 apoya en el útil 193 superior de la prensa. Por lo tanto, en esta forma de ejecución, el resorte tensa ligeramente la vaina en la dirección radial hacia abajo.

En el interior de un taladro 198 cilíndrico de la vaina 182 situado en la parte inferior de la vaina se halla un macho 200 con forma de espiga, que apoya en una superficie correspondiente con forma cónica en el interior de la vaina 182 desplazable, de manera, que el macho 200 con forma de espiga no se pueda desprender de la vaina 182 hacia abajo. Por encima del macho 200 con forma de espiga se halla un tornillo 204 prisionero roscado en un taladro 206 roscado de la vaina desplazable para evitar, que el macho 200 con forma de espiga se pueda desplazar hacia arriba. La unión roscada entre el tornillo 204 prisionero y la vaina 182 también transmite finalmente las fuerzas de presión, que, procedentes del útil 163 superior de la prensa, presionan hacia abajo la vaina 182 y, por lo tanto, también el tornillo 204 prisionero y el macho 200 con forma de espiga. Se observa, que el macho 200 con forma de espiga llega a apoyar en el aplanamiento 82 del extremo frontal superior del perno 10 con cabeza esférica.

Por ello, al cerrar la prensa, el perno con cabeza esférica no se puede desplazar hacia arriba y las fuerza dirigidas hacia abajo dan lugar al punzonado, descrito más arriba, de la pieza de chapa así como al conformado del extremo 14 frontal inferior del perno 10 con cabeza esférica y al conformado del pliegue 40 anular. Una vez finalizados estos trabajos de conformado, el extremo 166 frontal inferior del útil 160 superior apoya en la pieza 18 de chapa y la presiona contra el útil inferior, que posee la forma de la matriz 104.

Al abrir la prensa, el útil 160 superior extrae el perno 10 con cabeza esférica junto con la pieza 18 de chapa acoplada de la matriz, de manera, que la matriz deja libre la pieza de construcción compuesta, como se describió más arriba. La pieza de chapa apoya entonces en otras piezas de la prensa (no representadas), de manera, que se ejerce sobre el perno con cabeza esférica una fuerza dirigida hacia abajo. El perno con cabeza esférica extrae con ello las piezas de conformado parcialmente de la parte exterior del útil superior hasta que el collar 186, que se extiende hacia el exterior, de la vaina 182 entre en contacto con el hombro 190 anular dirigido radialmente hacia el interior. Este movimiento axial es suficiente para liberar la cabeza esférica de las piezas 168 de conformado, ya que estas se pueden desplazar radialmente hacia el exterior, cuando han sido extraídas parcialmente de la parte exterior del útil superior. Las piezas 168 de conformado poseen, para favorecer este movimiento dirigido radialmente hacia el exterior, en la zona de los extremos axiales superiores de las superficies 172 de mordaza superficies inclinadas o superficies 208 de conformado, que cooperan con la superficie esférica redonda de la cabeza esférica del perno con cabeza esférica.

La pieza de construcción compuesta formada por el perno con cabeza esférica y la pieza de chapa puede ser extraída ahora de la zona de trabajo del útil de acuerdo con la figura 7.

Dado que el resorte de compresión helicoidal sujeta las piezas de conformado en la posición abierta, se puede introducir un perno con cabeza esférica nuevo desde abajo en el útil superior y se puede presionar hacia arriba (hasta que las superficies 172 de mordaza de las piezas de conformado ataquen nuevamente en el vástago 14 del perno 10 con cabeza esférica y se comprima el resorte helicoidal). El resorte 205 anular, por ejemplo de poliuretano, que presiona las piezas 168 de conformado unas contra otras, está dimensionado con una fuerza suficiente para mantener, por medio de la fricción en la pared 164 con forma de cono, la vaina 182 con las piezas 168 de conformado en la posición representada en la figura 7. El nuevo perno con cabeza esférica adopta ahora la posición del perno 10 con cabeza esférica de la figura 7.

Ahora se puede introducir en la prensa una pieza 18 de chapa nueva y el nuevo perno 10 con cabeza esférica puede ser remachado, como ya se describió, con la nueva pieza 18 de chapa.

En lugar de introducir el perno desde abajo, por ejemplo a mano, entre las piezas de conformado, respectivamente los segmentos 168 de conformado del útil superior, se pueden introducir los pernos 10 con cabeza esférica en una forma de ejecución automatizada por medio de un canal 210 de guía inclinado en el espacio entre las piezas de conformado.

Si se prevén, por ejemplo, tres piezas 168 de conformado, el canal de guía inclinado puede penetrar en el espacio entre dos piezas 168 de conformado a modo de segmentos. Esto hace posible, que el perno 10 con cabeza esférica pase de la posición inclinada del canal de guía inclinado a la posición orientada en sentido vertical entre las piezas 168 de conformado. Sin embargo, también es posible un proceso análogo, cuando el útil 160 esté provisto de cuatro piezas 168 de conformado mutuamente apoyadas, siempre que se pueda crear el espacio necesario para el canal 210 de guía.

La serie de figuras 10A, 10B, 10C y 10D muestra finalmente, que es posible introducir también el perno con cabeza esférica en chapas más gruesas. Con chapas hasta aproximadamente 1,5 mm de grueso es suficiente punzonar la pieza 18 de chapa o perforar previamente la pieza 18 de chapa como se representa en 212 en la figura 10A.

Con gruesos de chapa a partir de 1,5 mm es, sin embargo, favorable proceder a una preparación de la chapa para que la pieza de chapa adopte en la zona del orificio 214 la forma según la figura 10B. Una preparación de esta clase de la chapa se describe por ejemplo también en relación con el así llamado procedimiento de remachado con orificio de aprisionamiento (patente europea 539793) y en relación con los así llamados elementos EBF en la solicitud PCT/EP96/04188, por lo que no se repite aquí. La figura 10C muestra, que el diámetro interior del orificio 214 equivale, durante el perforado previo y la preparación de la pieza de chapa al menos esencialmente al diámetro d exterior del extremo 14 frontal inferior del perno con cabeza esférica. La figura 10D muestra finalmente la posición después del montaje del perno, que se realiza de acuerdo con la solicitud PCT/EP00/06465 mencionada más arriba.

También existiría la posibilidad de utilizar la matriz según la figura 7 para el montaje del perno en la pieza de chapa preparada, al mismo tiempo, que en este caso no se forma la pipa de punzonado, ya que la pieza de chapa no es punzonada por el perno con cabeza esférica. La situación montada es análoga a la de la figura 10D, sólo que entre el lado 24 frontal rebordeado del reborde 36 de remachado y la pieza de chapa no se forma un pliegue producido por las uñas 142 de las piezas 116 de conformado de la matriz 104.

Claims (18)

1. Perno (10) con un vástago (12), que en un primer extremo (14) se diseña para una unión (16) por remachado con un elemento (18) con forma de placa, en especial con una pieza de chapa, caracterizado porque el vástago (12) posee en su otro extremo (20) una configuración (22) con forma esférica, cuyo diámetro (D) de la esfera es mayor que el diámetro (d) del vástago.

2. Perno según la reivindicación 1, caracterizado porque el vástago (12) posee en al menos esencialmente toda su longitud desde la configuración (22) con forma esférica hasta el primer extremo (14) al menos esencialmente un diámetro (d) constante.

3. Perno según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el primer extremo (14) del vástago, diseñado para la unión (16) por remachado con el elemento (18) con forma de placa, se configura hueco y posee al menos esencialmente el mismo diámetro exterior que el vástago.

4. Perno según la reivindicación 3, caracterizado porque el primer extremo (14) del vástago (12) se configura de manera en sí conocida con características de punzonado y de remachado.

5. Perno según la reivindicación 4, caracterizado porque el primer extremo hueco del vástago (12) se prolonga de una superficie envolvente cilíndrica circular en un canto de punzonado y de embutición redondeado y porque interiormente posee una superficie (30) de corte cónica.

6. Perno según una de las reivindicaciones 3 a 5 precedentes, caracterizado porque el espacio interior del primer extremo hueco del vástago (12) se configura al menos esencialmente con formas cilíndrica circular.

7. Perno según una de las reivindicaciones 3 a 6 precedentes, caracterizado porque la parte hueca del vástago (12) del primer extremo se dimensiona al menos tan larga, que en la parte hueca se disponga se material suficiente para conformar un reborde (36) de remachado en el lado de la pieza opuesto a la configuración (22) con forma esférica para puentear el grueso de la pieza y para obtener un pliegue (40) anular en el lado de la pieza orientada hacia la configuración con forma esférica.

8. Perno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la totalidad del perno (10) de construye hueca.

9. Perno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vástago (12) hueco está provisto de una rosca interior.

10. Perno según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la configuración (22) con forma esférica posee una línea (46) de ecuador, que se halla en un plano perpendicular al eje longitudinal del vástago (12).

11. Pieza de construcción compuesta formada por un perno (10) según una de las reivindicaciones 1 a 10 y por una pieza, caracterizada porque en el lado de la pieza opuesto a la configuración (22) con forma esférica se halla un reborde (36) de remachado, mientras que en el lado de la pieza orientada hacia la configuración con forma esférica se dispone un pliegue anular y porque la pieza está aprisionada entre el pliegue anular y el reborde de remachado en la zona de la unión con el vástago (12).

12. Pieza de construcción compuesta según la reivindicación 10, caracterizada porque el pliegue anular se dispone en una acanaladura anular en la pieza de chapa, al mismo tiempo, que una superficie anular orientada hacia la configuración (22) con forma esférica del pliegue anular está dispuesta ligeramente por debajo o ligeramente por encima del lado de la chapa orientado hacia el vástago (12) en la zona de la unión por remachado o se halla a la misma altura que este lado de la pieza.

13. Pieza de construcción compuesta según la reivindicación 10, caracterizada porque en el interior de reborde anular está aprisionada una pipa (44) de punzonado, que presiona, por lo tanto, contra él.

14. Procedimiento para la fabricación de un perno (10) según una de las reivindicaciones 1 a 10 precedentes con un vástago (12) diseñado en un primer extremo para la unión (16) por remachado con un elemento (18) con forma de placa, en especial con una pieza de chapa, y que en su otro extremo posee una configuración (22) con forma esférica, cuyo diámetro de la esfera es mayor que el del vástago, caracterizado porque una pieza bruta cilíndrica se aloja parcialmente en una cavidad cilíndrica de una matriz (50) sobresaliendo del lado frontal de la matriz, porque en la zona de la transición de la cavidad y el lado frontal se conforma en la matriz (74) una cavidad con forma semiesférica, cuyo diámetro de la esfera equivale al diámetro de la esfera de la configuración con forma esférica del perno deseada, porque un útil (52) con una cavidad, que posee igualmente una forma semiesférica, es presionado contra el extremo frontal libre de la pieza bruta cilíndrica, que sobresale de la matriz y porque la matriz y el útil se llevan al apoyo mutuo para transformar por deformación en frío el extremo de la pieza bruta cilíndrica, que sobresale de la matriz, en la configuración con forma
esférica.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque en el estado cerrado de la matriz y del útil estos apoyan mutuamente en una línea de separación, que equivale a un ecuador de la configuración con forma esférica y que es perpendicular al eje longitudinal de la pieza bruta cilíndrica, respectivamente del vástago (12) del perno (10).

16. Matriz para el montaje de un perno, pero no exclusivamente de un perno según las reivindicaciones 1 a 10 precedentes, con una cámara (138) de conformado formada entre piezas (116) de conformado móviles y un elemento (112) de tope, al mismo tiempo, que las piezas (116) de conformado poseen, en la zona del lado frontal abierto de la cámara (138) de conformado, uñas 142 dirigidas radialmente hacia el interior, caracterizada porque el elemento (112) de tope posee un saliente (144) así como una superficie (140) de rodadura en la zona del fondo de la cámara (138) de conformado y porque las uñas (142) poseen lados (154) inferiores, que sirven como superficies de apoyo para el lado (24) frontal de una parte de remachado con forma de tubo del perno (10).

17. Matriz según la reivindicación 16, caracterizada porque el elemento (112) de tope, que es rodeado por las piezas (116) de conformado, se dispone, junto con las piezas de conformado, de manera móvil en la dirección axial en el interior de una cavidad (110) con forma de cono del cuerpo (106) de la matriz.

18. Matriz según la reivindicación 16 o 17, caracterizada porque las piezas (116) de conformado están dispuestas directamente una al lado de otra o se mantienen distanciadas entre sí por medio de elementos estructurales de la matriz, que limitan por zonas la cámara de conformado con superficies con ejes paralelos entre las piezas de conformado