WO2002073045A2 - Selbststanzender niet, verfahren und vorrichtung zum setzen eines nietelements und seine verwendung - Google Patents

Selbststanzender niet, verfahren und vorrichtung zum setzen eines nietelements und seine verwendung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a fastening element, in particular for blind riveting, with a setting head, a deformation section and a shaft end, as well as a method and a device for setting this fastening element, a die for punching, the rivet connection achieved with the method and with the device, and the use thereof riveting.
  • blind rivets are characterized by the fact that the force required to set the blind rivet is not applied by force-absorbing brackets from both sides of a workpiece to be riveted, but the head or foot of the rivet by pulling on a mandrel that runs inside the blind rivet, are pressed together by holding the head on the workpiece and pulling the foot towards the head using the mandrel.
  • blind rivet is that only one-sided access to the workpiece is required. Different designs for self-drilling blind rivets were developed, while it was not considered to create self-punching blind rivets, since the necessary deformability of the rivet shaft does not permit the application of force for punching.
  • a disadvantage of the blind rivet is that holes have to be drilled or punched in the workpiece in order to place the blind rivet. This is particularly difficult when two workpieces are to be connected to one another, the workpieces still being movable relative to one another. The production of the holes in connection with the alignment of the workpieces can be difficult, so that the drilling and setting of the rivets must take place in a fixed relative position of the workpieces. Even with the self-drilling blind rivets, this problem occurs because during drilling two workpieces to be connected may have a small space between them and when the rivets are set the two workpieces are shifted against each other, so that the quality of the rivet connection suffers due to the shear forces.
  • self-drilling blind rivets produce chips that can damage surfaces.
  • self-punching rivets and also self-punching nuts and bolts are known. They do not have the problem of searching for holes or moving the workpieces against each other.
  • a disadvantage of self-punching nuts is that only relatively small tensile forces and torques can be absorbed, since the nuts can be released from the workpiece relatively easily.
  • these rivets and nuts are mostly processed in stationary systems, which makes this process relatively inflexible in relation to changes in position.
  • a fundamentally new concept for a rivet element, a device and a method for setting a rivet element, for a rivet connection and for the use of this rivet connection are to be specified.
  • the fastening element according to the invention in particular for blind riveting, with a hollow shaft, which has a setting head at its free end, with a deformation section for forming a closing head, and with a connecting section formed within the shaft, which, in particular, forms a tensile connection with a mandrel a mandrel base of a dome, has a punched edge which runs on the setting head opposite the shaft end essentially along the outermost circumference of the shaft.
  • a fastening element according to the invention in particular for blind riveting, is also provided with a hollow shaft which has a setting head at its free end a deformation section for forming a closing head, with a mandrel inside the shaft, which has a mandrel head and a mandrel foot, the mandrel foot being at least tensile connected to a shaft end opposite the setting head, characterized in that the shaft end or the mandrel foot has a punched edge which runs essentially along the outermost circumference of the shaft or the mandrel foot. The punching forces are transmitted through the mandrel into the mandrel foot with the punching edge.
  • the difference between this variant of the fastening element according to the invention and the variant mentioned first is that in the second variant the mandrel is part of the fastening element, while in the first variant the mandrel is part of the tool, in particular the setting device.
  • the mandrel can be reused for further setting processes.
  • the fastening element according to the invention is hollow on the inside, so that a mandrel can be pushed through the setting head and the deformation section in order to achieve an at least tensile connection between the mandrel foot and the shaft end.
  • the punched edge is used to punch a punch hole in the workpiece while the fastener is being pushed through a workpiece.
  • the force for punching must be transferred into the shaft end by means of the mandrel, since the deformation section cannot transmit this force. Due to a sharp punching edge, the punching forces that act on the workpiece are reduced. The formation of cracks in the vicinity of the punched punch hole is also avoided, which improves the quality of the riveted joint.
  • the punched edge is a sharp, preferably substantially rectangular, edge.
  • a rivet connection is achieved with the fastening element, which resembles a blind rivet connection because the closing head is formed by tensile forces.
  • the deformation section is deformed by pulling the shaft end in the direction of the setting head with the aid of the mandrel which is inserted into the hollow shaft and with which a tensile connection is established with the connecting section.
  • a closing head is formed by the deformation of the deformation section. For example, two workpieces can be connected to one another with the closing head.
  • the deformation section is either made of softer material than the setting head or the shank end, or is made more easily deformable with the aid of a suitable shape, for example through thinner wall thicknesses and / or openings and / or folds in the deformation section.
  • connections can be achieved with a blind rivet that can absorb higher tensile and shear forces.
  • the punch riveting process requires ductile material on the die side, which also requires a certain minimum thickness. This is disadvantageous for mixed building structures.
  • the advantage of the invention is combined with the further advantage that no pre-drilled holes have to be sought into which the fastening element is inserted.
  • chips are avoided by drilling holes. The self-punching of the fastening element results in a hole reveal that brings about particularly advantageous properties of the rivet connection with regard to the maximum absorbable tensile and shear forces.
  • the shaft and the mandrel in particular the mandrel foot and the shaft end, can be detachably connected.
  • Advantages of a detachable connection include that components can be attached to the fastening element using the mandrel.
  • a detachable connection also enables the mandrel to be used as a tool for forming the closing head.
  • the shaft and the mandrel in particular the mandrel foot and the shaft end, can be non-positively connected.
  • the shaft and the mandrel, in particular between the mandrel foot and the shaft end are positively connected to one another.
  • the positive connection is established by a bayonet lock or a screw connection between the shaft and the mandrel.
  • the mandrel foot has an external thread and the shaft end has a corresponding internal thread, into which the mandrel foot can be screwed.
  • the mandrel foot is larger in diameter or equal to the outer diameter of the shaft end.
  • the punched edge is advantageously formed on the mandrel foot. A sufficiently large punching hole is punched out through a punching edge on the mandrel foot.
  • the mandrel has a predetermined breaking point. It is hereby achieved that on the one hand the punch hole required for the rivet connection can be punched, but on the other hand the mandrel can also be removed after the deformation of the deformation section.
  • the setting head has a larger diameter than the deformation section, the shaft end and the mandrel foot. This ensures that on the one hand the fastening element is not pressed too deeply into or even through the workpiece, and on the other hand that the setting head can be held against the workpiece without difficulty if the shaft end is pulled in the direction of the setting head.
  • the fastening element is advantageously made of metal, in particular steel, aluminum or an aluminum alloy.
  • the cross section of the fastening element is essentially circular.
  • the cross section of the fastening element is essentially polygonal. Due to a non-circular shape of the cross-section, an additional strength of a rivet connection between two workpieces against twisting is achieved. If an internal thread of the fastening element is used for fastening additional parts, the polygonal shape offers additional security against undesired rotation of the fastening element in the workpiece.
  • the mandrel preferably has a mandrel head that is larger in diameter than the shaft end. With the aid of the mandrel, a required compressive force for punching the fastening element can also be absorbed.
  • the fastening element is given the required strength by the mandrel, so that the fastening element can be punched into the workpiece.
  • the mandrel can later be gripped and pulled back in a simple manner.
  • the shaft end is open.
  • the shaft end is closed. A comparatively tight rivet connection is produced by a closed shaft end, which makes it difficult for gases, liquids or solids to pass from one side of the workpiece to the other side of the workpiece.
  • a method for setting a fastening element which has a hollow shaft which has a setting head at its free end, a deformation section for forming a closing head, and a connecting section which is formed within the shaft and which forms a tension-resistant connection with a mandrel, in particular with a mandrel base of a mandrel, the shaft end opposite the setting head being provided with a punched edge which runs essentially along the outermost circumference of the shaft, comprises the following method steps: the mandrel is introduced into the fastening element and a tension-resistant connection formed between the mandrel and the shaft; the punching process with the fastening element with the mandrel to form a punch hole in at least one workpiece is carried out; the shaft is inserted into the punch hole so that the shaft extends at least partially into the punch hole; a tensile force is applied to the mandrel and the setting head is held against to form the closing head.
  • a method for setting a fastening element comprises a hollow shaft having a setting head at its free end, a deformation section for forming a closing head, and a mandrel inside the shaft, the mandrel including a mandrel head and a mandrel foot and the The mandrel foot is connected at least in a tensile manner to a shank end opposite the setting head, and the shank end or the mandrel foot has a punching edge which essentially runs along the outermost circumference of the shaft or the mandrel foot, the following method steps: A punching process is carried out with the fastening element and the mandrel performed to form a punch hole in at least one workpiece; the shaft is inserted into the punch hole so that the shaft extends at least partially into the punch hole; a tensile force is applied to the mandrel and the setting head is held against to form the closing head.
  • the force required for punching the punch hole for the fastening element can be transmitted to the workpiece, and on the other hand with the aid of the mandrel the shaft end is pulled in the direction of the setting head.
  • Protrudes part of the Deformation section on the back of the workpiece it is deformed by pulling on the mandrel, ie in particular widened. If the deformation section does not protrude on the back, but is located inside the workpiece, the deformation section is deformed inside the workpiece and, due to its widening, causes jamming, ie in particular a non-positive connection between the fastening element and the workpiece.
  • the shaft end has an internal thread
  • the internal thread can be arranged on the back of the workpiece, which leads to increased tensile stability.
  • a plurality of workpieces can be connected to one another by the fastening element. Since the mandrel absorbs the necessary compressive or tensile forces, there is greater latitude in the dimensioning of the fastening element than in the known rivets. In particular, wall thicknesses can be reduced and rivets can be produced using less material.
  • the mandrel can either be unscrewed or can be torn out using a predetermined breaking point on the mandrel.
  • the thread can be used for attaching an additional part such as Cables, holders, cladding or housing parts are used. However, it can also simply be used to hold a cover plug.
  • the mandrel is used as a tool for forming a closing head, in particular thus being part of a device for setting a fastening element, whereas in the second variant the mandrel is part of the Fastener as such is.
  • At least two workpieces are connected to one another by the fastening element, punching being carried out by at least one workpiece.
  • punching is carried out with the aid of the fastening element, which leads to a particularly good hold of the fastening element.
  • Any additional parts and components can be attached to the fastening element.
  • a plurality of workpieces are firmly connected to one another by the deformation of the deformation section.
  • the mandrel is pressed into the workpiece with a predeterminable force and / or by a predeterminable path.
  • the workpiece is held in place by a die, which largely prevents plastic deformation of the workpiece in the vicinity of the punched hole.
  • the punching forces are transferred to the workpiece via the mandrel.
  • the properties of the rivet connection are positively influenced with the aid of the predefinable force, in particular by specifying a suitable force curve and / or the predefinable path.
  • a screw connection is formed between the mandrel and the fastening element.
  • the mandrel belongs to the fastening element or to the device of a setting machine.
  • the mandrel is inserted just before the fastener is set, e.g. screwed, and then the fastener is set using the mandrel. Finally, the mandrel is removed from the fastener set, in particular unscrewed.
  • the connection between the mandrel and the fastening element can also be released and / or established after the closing head has been formed. That the attached fastener can e.g. can be used as a threaded hole for attaching objects.
  • a riveted joint according to the invention is characterized in that it uses a method with the above. Features is made. Such rivet connections are characterized by a particularly good hole reveal.
  • the mandrel which is designed as a screw, is screwed into the internal thread and projects beyond the setting head.
  • the mandrel can be gripped in a simple manner.
  • a device for placing a fastening element in at least one workpiece, in particular for carrying out the method according to the invention, preferably for setting a fastening element according to the invention, has a die, a stamp which contains a mandrel which can be releasably connected to a fastening element, and a holding tool for holding the setting head against the workpiece, the punch and the holding tool being able to move in a defined manner in the direction of and away from the die, independently of one another.
  • a stamp for punching the fastening element through the at least one workpiece a holding tool for holding the Set head against the workpiece, and a pulling tool for withdrawing the mandrel, the punch and the holding tool in the direction of and away from the die are independently movable in a defined manner.
  • the deformation section is deformed to form a closing head.
  • a particularly intimate contact between the two pieces is achieved and gaps are avoided, so that a particularly good quality of the riveted connection is achieved.
  • the mandrel has an external thread for producing a releasable connection with the fastening element. This is particularly important if the mandrel as part of the device for setting a fastening element according to the first variant of the device according to the invention is always reused. If the mandrel is part of the device, the fastener requires less material and is lighter.
  • the device according to the invention has a disposal channel in the die for the disposal of stamped parts. With the help of the disposal channel, punched out parts are easily transported away from the workpiece and disposed of.
  • the punch and the die are connected with a counter-force connection structure, also called a C-bracket, for the frictional connection.
  • the counterforce structure absorbs the forces that occur during the punching and prevents lateral displacement of the at least one workpiece. This significantly increases the precision when setting the fastener.
  • means for moving and / or means for determining the position of the punch and / or the holding tool and / or force sensors for detecting the forces occurring when the rivets are set available.
  • the workpiece thickness and the length of the fastening element to be set are checked with the aid of the position determination means.
  • the means for moving allow the fastening element to be set, in particular punching and deforming the deformation section.
  • the force sensors are used to check how strongly at least two workpieces are pressed together or the force with which the deformation section is deformed. Knowledge of the forces used and appropriate control of the means for moving with the aid of the means for determining the position allows the rivet connection to be optimized.
  • the use according to the invention of a rivet connection according to the invention is for the detachable attachment of additional parts, in particular of lines, holders, cladding or housing parts to a workpiece.
  • the rivet connection according to the invention thus has two tasks: on the one hand it allows the connection of at least two workpieces to one another, and on the other hand it allows the attachment of additional parts to workpieces.
  • the die according to the invention with a punch opening which is variable in diameter for placing a fastening element in at least one workpiece in particular for carrying out the method according to the invention, preferably for setting the fastening element according to the invention, in particular using the device according to the invention, has at least two segments for absorbing punching forces , wherein the segments form a punching opening, which can be widened in diameter to accommodate a closing head of the fastening element, the segments being movably mounted in a die holder and the segments being held together by at least one spring element.
  • the widenable punch opening provides sufficient space for the formation of a closing head while pulling on the mandrel and holding the setting head.
  • the closing head presses the segments radially outwards, so that the punch opening automatically increases in diameter.
  • the die can be used as a stop for the workpiece after the punching process, when the closing head is formed.
  • the die does not need to be removed after the punching process in order to make room for the closing head. This is particularly important if several workpieces are to be connected to one another and it is to be ensured that the workpieces do not move against one another.
  • the matrix according to the invention ze, it is possible to keep two workpieces to be joined together under constant pressure during the entire setting process of the fastening element, thereby improving the embrasure of the rivet connection.
  • the die Due to the mobility of the segment, the die becomes floating, i.e. with lateral offset of the fastening element and die e.g. due to bending of the C-bracket or tolerances of the fastening element, there are no grinding marks or scraping on the circumference of the fastening element.
  • the fastener is protected from corrosion and the die from wear.
  • the segments are held together with the aid of the spring element, so that the segments return automatically to the original position after the fastening element has been set.
  • the die according to the invention is hereby restored to its original state.
  • the segments are shaped so that on the one hand they can absorb large forces in the punching direction without becoming laterally unstable and e.g. to slip away, but on the other hand can be opened in a simple manner by radial forces pointing away from the punch opening, which are generated by the formation of a closing head.
  • the segments can be moved radially.
  • a radial displacement of the segments makes the die particularly easy to open.
  • the segments are shaped or supported with an axis in such a way that the segments perform a rotary or a tilting movement.
  • the segments have an essentially flat contact surface and the die holder has a substantially flat counter surface for transferring the punching forces to the die holder. Due to the flat surfaces, large punching forces can be absorbed by the segments and forwarded to the die holder, which ensures a stable position of the segments during the punching process.
  • the segments have
  • Spring element receptacles A spring element is guided in the spring element receptacles. This enables the segments to move to their original position and be available for a new setting process.
  • the die according to the invention advantageously has a die holder which contains a ring stop.
  • the ring stop With the help of the ring stop, the workpiece to be fastened is held firmly during the setting process, which in particular ensures that lateral movement of the workpiece is avoided.
  • the ring stop prevents the segments from moving sideways. The ring stop thus ensures that the object is held securely during the setting process.
  • the ring stop has a ring stop surface to ensure the mobility of the segments during the setting process of the fastening element, and the segments have a segment stop surface, the segment stop surface with respect to the workpiece by a distance of 0.1 to 0.3 mm, preferably from 0.15 to 0.25 mm, lies behind the ring stop surface.
  • the die has fewer than 5, in particular 4, preferably 3, segments.
  • the spring element is formed by a rubber ring. The spring element ensures that the movable segments are automatically returned to their original position after completion of the setting process of a fastening element.
  • the spring element is a spiral ring.
  • the die according to the invention has a transverse supply air hole with which punched-out stamped parts can be removed through a disposal channel with the aid of compressed air.
  • the punching opening formed by the segments is rotationally asymmetrical in cross section.
  • the punching opening is advantageously essentially polygonal in cross section.
  • the segments are formed with teeth so that the punch opening has a toothing in cross section.
  • a corresponding rotationally asymmetrical punching hole is formed, against which the fastening element, even if it is designed to be rotationally symmetrical as such, clings to during its deformation.
  • a non-rotatable connection is achieved by connecting the fastening element to the rotationally asymmetrical punch hole.
  • Figure 1 shows a fastener according to the invention with a mandrel which is inserted into a workpiece.
  • FIG. 2 shows a process sequence according to the invention, in which the fastening element, which contains a mandrel, is set by a device for placing a fastening element in a workpiece;
  • Fig. 3 shows a riveted joint according to the invention, an additional part using the
  • FIG. 4 shows a detail of a device according to the invention for setting a fastening element with a fastening element and a workpiece shortly before the fastening element is set;
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of a fastening element according to the invention according to FIG. 1 with a mandrel which is inserted into a workpiece; 6 the predetermined breaking point of the mandrel in cross section; and
  • FIG. 7 shows an alternative method sequence according to the invention, in which the fastening element is placed in a workpiece by a device for setting a fastening element, which has a mandrel;
  • FIG. 8 shows a die according to the invention in cross section
  • FIG. 9 shows a segment of the die according to the invention according to FIG. 8 in longitudinal section
  • FIG. 10 shows the three segments of the die according to the invention from FIG. 8 in a top view
  • FIG. 11 shows a die according to the invention with a rotationally asymmetrical punching opening in a top view
  • FIG. 12 shows a die according to the invention with a further rotationally asymmetrical punching opening in a top view.
  • FIG. 1 shows a fastening element 1 according to the invention with a setting head 4, a deformation section 2 and a shaft end 3 with an internal thread 5 and a punching edge 6, which is hollow and into which a mandrel 7 with a mandrel head 23 and a mandrel foot 24 is screwed.
  • the tensile connection between the mandrel 7 and the shaft 27 is established by a connecting section 28.
  • the connecting section 28 is formed by an internal thread 5 in the shaft 27.
  • the internal thread 5 is screwed into an external thread 29 on the mandrel 7.
  • the fastening element 1 is punched through a first workpiece 8 and a second workpiece 9, both workpieces 8, 9 being designed as sheets lying one on top of the other.
  • the fastening element 1 punches its own punch hole 11 through the workpieces 8, 9.
  • the shaft end 3 and part of the deformable section 2 are located on the rear side 10 of the second workpiece 9.
  • the deformation section 2 has a smaller wall thickness than the shaft end 3.
  • the mandrel 7 has a mandrel head 23 with which additional parts 22 (not shown) can be fastened and with which the mandrel 7 can be pulled in the direction of the setting head 4.
  • the setting head 4 lies firmly on the first workpiece 8.
  • FIG. 2 describes a process sequence for setting a fastening element according to the invention.
  • a mandrel 7 is screwed into the fastening element 1 according to the invention held by a holding tool 13.
  • the fastening element 1 With the aid of means for moving 19, the fastening element 1 is placed on a first workpiece 8 which is to be connected to a second workpiece 9. The position of the fastening element 1 relative to the workpieces 8, 9 is detected using means for determining the position 19.
  • the workpieces 8, 9 are first placed on a die 14 which has a disposal channel 17 for punched-out stamped parts 18.
  • the fastening element 1 is then placed on the first workpiece 8 with the aid of the holding tool 13 such that the shaft end 3 of the fastening element 1 contacts the first workpiece.
  • a force is then exerted on the mandrel 7 with the aid of a stamp 12, so that the shaft end 3 is pushed through the workpieces 8, 9.
  • both the holding tool 13 and a pulling tool 15 are carried along with the movement of the stamp 12. Punched-out stamped parts 18 fall into the disposal channel 17, where they are then disposed of, preferably with the aid of an overpressure or underpressure air line.
  • the die 14 is then removed from the workpieces 8, 9, so that the shaft end or the protruding deformation section is free.
  • the pulling tool 15 then pulls on the mandrel 1, the holding tool 13 pressing the setting head against the first workpiece 8.
  • the deformation section 2 is deformed by the pulling, whereas the shaft end 3 is not plastically deformed.
  • the pulling and punching are monitored and the movement of the pulling and / or holding tool is controlled with the data recorded by the force sensors 21.
  • the mandrel 7 can be unscrewed from the fastening element 1 or an additional part can be fastened with it.
  • FIG. 3 shows a riveted joint produced in the manner described, the fastening element 1 being deformed in its deformation section 2.
  • an additional part 22, which can be a holder is attached to the workpieces 8, 9.
  • the workpieces 8, 9 are firmly clamped between the setting head 4 and the deformation section 2.
  • FIG. 4 shows a detailed view of the device for setting the fastening element 1.
  • the fastening element 1 is held on the mandrel 7 screwed into the fastening element 1 with the aid of the holding tool 13.
  • the traction tool 15 grips the mandrel 7 on its mandrel head 23.
  • the punch 12 presses on the mandrel head 23 of the mandrel 7.
  • the workpieces 8, 9 are arranged between the fastening element 1 and the die 14, the die 14 receives from the back 10 of the second workpiece 9 the force which is transmitted from the punch 12 via the mandrel 7 to the workpieces 8, 9.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the fastening element 1 according to the invention according to FIG. 1 with a mandrel 7 which is inserted into two workpieces 8, 9.
  • the punching hole 11 was punched into the workpieces 8, 9 with the punching edge 6, which is formed on the mandrel foot 24.
  • the mandrel head 23 With the aid of the mandrel head 23, the mandrel 7 can be withdrawn, so that the deformation section 2 is first deformed and then the mandrel head 23 tears off the mandrel foot 24 at a predetermined breaking point 25.
  • the punched edge 6 is formed by a sharp, essentially rectangular edge of the mandrel foot 24.
  • the tensile connection between the mandrel 7 and the shaft 7 is established by the connecting section 28.
  • FIG. 6 shows the predetermined breaking point 25 of the mandrel 7 in cross section, in which the mandrel 7 is tapered onto a square mandrel core 31 with webs 26 at the respective corners.
  • the webs 26 contribute to the guidance of the mandrel 7 in the fastening element 1 and prevent the mandrel 7 from swinging or buckling to the side under the action of the compressive forces during the punching process.
  • FIG. 7 describes an alternative method sequence according to the invention for setting a fastening element according to the invention.
  • a mandrel 7 is firmly connected to a stamp 12 as part of the setting machine.
  • the mandrel 7 has a mandrel foot 24 with which the mandrel 7 is screwed into the fastening element 1.
  • the fastening element 1 has a setting head 4 and a shaft end 3, the shaft end 3 being provided with a punched edge 6.
  • the mandrel 7 is screwed into the fastening element 1.
  • the punching process is then carried out. In this case, the punched edge 6 punches a punched hole into the workpiece 8, 9 through the force of the mandrel 7.
  • the die 14 absorbs the forces that occur in this process.
  • the deformation section 2 is then deformed by pulling back the mandrel 7 and holding down the setting head 4.
  • a closing head 30 is formed.
  • the mandrel 7 is unscrewed from the fastening element 1 and is
  • the die 14 has a die holder 41 which absorbs the punching forces via movable segments 34.
  • the movable segments 34 are held together with the aid of a spring element 33.
  • the movable segments 34 open automatically when a closing head (not shown) is trained. The closing head pushes the segments 34 apart against the force of the spring element 33.
  • the segments 34 each have a contact surface 35 which rests on the die holder 41.
  • the segments 34 also have a segment stop surface 43, via which the punching forces are transmitted to the segments 34 and via the contact surface 35 to the die holder 41.
  • the die holder 41 contains a ring stop 42 which surrounds the segments 34.
  • the ring stop 42 has a ring stop surface 44 with which a workpiece (not shown) is held.
  • the workpiece is held securely by the ring stop surface 44, since the segment stop surface 43 is arranged further away with respect to the workpiece.
  • the distance A between the segment stop surface 43 and the ring stop surface 44 is approximately 0.2 mm.
  • the segments 34 form a punch opening 40 through which a punch part (not shown) can be pressed.
  • a threaded connection 37 enables a disposal hose (not shown) to be easily attached to the disposal channel 17.
  • the die holder 41 is attached to a counterforce structure, e.g. attached to a C-bracket (not shown).
  • FIG. 9 shows a single segment 34 of a die 14 according to the invention according to FIG. 8 in longitudinal section.
  • the segment 34 has a segment stop surface 43 and a contact surface 35.
  • the support surface 35 is flat, so that punching forces can be transmitted to the die holder 41 in a safe manner via the segment stop surface 43 and via the support surface 35 without the segment 34 moving radially away from the punch opening 40 laterally.
  • the segment 34 has a spring element receptacle 36, in which a spring element 33 is guided.
  • the spring element 33 is made of rubber as an O-ring. Due to the shape of the segment 34, it is not necessary to support the individual segment 34 with the aid of an axis.
  • each segment 34 can be moved radially and does not need to be tilted.
  • each segment 34 can be supported with the aid of an axis (not shown), each segment 34 being tilted about a pivot point when the die 14 is opened.
  • FIG. 10 shows the three segments 34 from FIG. 8 in a top view. It can be seen that the three segments 34 form a ring which permits the absorption of punching forces.
  • the punch opening 40 has a diameter D which is somewhat larger than the diameter of the fastening element to be set (not shown).
  • the segments 34 are held together with the aid of a spring element 33. When a closing head is formed at the end of the setting process, the segments 34 are pressed apart, so that gaps form between them, which increases the diameter D of the punch opening 40.
  • FIG 11 shows a top view of a die 14 according to the invention with a rotationally asymmetrical punch opening 40.
  • the segments 34 form offsets 45, which prevent the fastening element 1 from rotating in the workpiece 8, 9. This twist protection is particularly advantageous for punch nuts.
  • FIG. 12 shows a top view of a die 14 according to the invention with a further rotationally asymmetrical punch opening 40, the rotational asymmetry being caused by teeth 46 in the respective segments 34.
  • the invention describes a fastening element 1, in particular for blind riveting, with a setting head 4, a deformation section 2 and a shaft end 3, the deformation section 2 being arranged between the setting head 4 and the shaft end 3 and the fastening element 1 being hollow on the inside, optionally with a mandrel 7 within the fastening element 1, which has a mandrel head 23 and a mandrel foot 24 which is connected to the shaft end 3 at least in a tensile manner, the shaft end 3 or the mandrel foot 24 having a punched edge 6 which extends essentially along the outermost circumference of the shaft end 3 or the mandrel foot 24 runs, as well as a method for setting this fastening element 1, a rivet connection with this fastening element 1, a device for setting this fastening element 1, a use of the rivet connection achieved and a die suitable for the method for setting the fastening element.
  • the invention is characterized in that particularly durable and tensile self-piercing blind rivet connections can be produced in
  • Disposal channel 44 ring stop surface

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem Setzkopf (4), einem Deformationsabschnitt (2) und einem Schaftende (3), wobei zwischen dem Setzkopf (4) und dem Schaftende (3) der Deformationsabschnitt (2) angeordnet ist und das Befestigungselement (1) innen hohl ist, ggf. mit einem Dorn (7) innerhalb des Befestigungselement (1), der ein Dornkopf (23) und einen mit dem Schaftende (3) zumindest zugfest verbundenen Dornfuss (24) aufweist, wobei das Schaftende (3) eine Stanzkante (6) aufweist, die im wesentlichen entlang des äussersten Umfanges des Schaftendes (3) verläuft, sowie ein Verfahren zum Setzen dieses Befestigungselements (1), eine Nietverbindung mit diesem Befestigungselement (1), eine Vorrichtung zum Setzen dieses Befestigungselements (1), eine Verwendung der erzielten Nietverbindung sowie eine für das Verfahren zum Setzen des Befestigungselements (1) geeignete Matrize. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf einfache Weise besonders haltbare und zugfeste selbststanzende Blindnietverbindungen hergestellt werden können, wobei das Befestigungselement (1) die Möglichkeit bietet, ein Zusatzteil (22) zu befestigen.

Description

Selbststanzender Niet, Verfahren und Vorrichtung zum Setzen eines Nietelements und seine Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere zum Blindnieten, mit einem Setzkopf, einem Deformationsabschnitt und einem Schaftende sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Setzen dieses Befestigungselements, eine Matrize zum Stanzen, die mit dem Verfahren bzw. mit der Vorrichtung erzielte Nietverbindung und eine Verwendung dieser Nietverbindung.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Typen von Nieten bekannt. Blindniete zeichnen sich dadurch aus, dass die zum Setzen der Blindniete erforderliche Kraft nicht durch kraftaufnehmende Bügel von beiden Seiten eines zu vernietenden Werkstückes aufgebracht wird, sondern der Kopf bzw. der Fuß des Niets durch Ziehen an einem Dorn, der im Inneren des Blindniets verläuft, zusammengedrückt werden, indem der Kopf am Werk- stück gehalten wird und der Fuß mit Hilfe des Dorns in Richtung des Kopfes gezogen wird.
Der Vorteil des Blindniets besteht darin, dass nur ein einseitiger Zugang zum Werkstück erforderlich ist. Es wurden verschiedene Designs für selbstbohrende Blindniete entwickelt, während es nicht in Betracht gezogen wurde, selbststanzende Blindniete zu schaffen, da die notwendige Deformierbarkeit des Nietschaftes eine Kraftausübung zum Stanzen nicht zulässt.
Ein Nachteil der Blindniete besteht darin, dass Löcher in das Werkstück gebohrt oder ge- stanzt werden müssen, um die Blindniete zu setzen. Dieses ist insbesondere dann schwierig, wenn zwei Werkstücke miteinander verbunden werden sollen, wobei die Werkstücke noch gegeneinander beweglich sind. Die Herstellung der Löcher im Zusammenhang mit der Ausrichtung der Werkstücke bereitet unter Umständen Schwierigkeiten, so dass das Bohren und das Setzen der Niete in einer festgelegten Relativlage der Werkstücke erfolgen muss. Selbst bei den selbstbohrenden Blindnieten tritt dieses Problem auf, da während des Bohrens zwei miteinander zu verbindende Werkstücke unter Umständen einen kleinen Zwischenraum aufweisen und beim Setzen der Niete die beiden Werkstücke gegeneinander verschoben werden, so dass aufgrund der Scherkräfte die Qualität der Nietverbindung leidet. Außerdem fallen bei selbstbohrenden Blindnieten Späne an, durch die Oberflächen beschädigt werden können. Andererseits sind aber selbststanzende Niete und auch selbststanzende Muttern und Bolzen bekannt. Bei ihnen tritt das Problem des Lochsuchens, bzw. des gegeneinander Verschie- bens der Werkstücke nicht auf. Ein Nachteil von selbststanzenden Muttern ist, dass damit nur verhältnismäßig kleine Zugkräfte und Drehmomente aufgenommen werden können, da die Muttern sich vom Werkstück verhältnismäßig leicht lösen lassen. Außerdem werden diese Niete und Muttern zumeist in stationären Anlagen verarbeitet, was dieses Verfahren relativ unflexibel macht gegenüber Positionsänderungen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nietelement anzugeben sowie eine Vorrichtung, eine hierzu geeignete Matrize und ein Verfahren zum Setzen dieses Nietelements bzw. eine Nietverbindung und eine Verwendung dieser Nietverbindung, womit die beschriebenen Nachteile überwunden werden sollen. Darüber hinaus soll ein grundlegend neues Konzept für ein Nietelement, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Setzen eines Nietelements, für eine Nietverbindung und für eine Verwendung dieser Nietverbindung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 2, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 bzw. mit den Merkmalen des Anspruchs 17, durch eine Nietverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 23, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25 bzw. mit den Merkmalen des Anspruchs 26, durch eine Verwendung nach den Merkmalen des Anspruchs 31, sowie durch eine Matrize mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln oder in Kombination miteinander angesetzt wer- den können, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement, insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlförmigen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf aufweist, mit einem Deformationsabschnitt zur Ausbildung eines Schließkopfes, und mit einem innerhalb des Schaftes ausgebildeten Verbindungsabschnitt, der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit einem Dorn, insbesondere einem Dornfuß eines Domes, dient, weist eine Stanzkante auf, die an dem Setzkopf gegenüberliegenden Schaftende im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes verläuft.
Alternativ ist ein erfindungsgemäßes Befestigungselement, insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlförmigen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf aufweist, mit einem Deformationsabschnitt zur Ausbildung eines Schließkopfes, mit einem Dorn innerhalb des Schaftes, der einen Dornkopf und einen Dornfuß aufweist, wobei der Dornfuß mit einem dem Setzkopf gegenüberliegenden Schaftende zumindest zugfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftende oder der Dornfuß eine Stanzkante aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfangs des Schaftes bzw. des Dornfußes verläuft. Die Stanzkräfte werden durch den Dorn in den Dornfuß mit der Stanzkante übertragen.
Der übergeordnete Gedanke beider erfindungsgemäßen Befestigungselemente besteht dar- in, dass das Selbststanzen und das Ziehen (zur Ausbildung des Schließkopfes) miteinander kombiniert werden. Hierdurch werden Vorteile einer Blindnietverbindung mit Vorteilen einer Selbststanzung vereint.
Der Unterschied dieser Variante des erfindungsgemäßen Befestigungselementes gegenüber der zuerst genannten Variante ist, dass bei der zweiten Variante der Dorn ein Teil des Befestigungselementes ist, während in der ersten Variante der Dorn ein Teil des Werkzeugs, insbesondere der Setzvorrichtung ist. Bei der ersten Variante kann der Dorn für weitere Setzvorgänge wiederverwendet werden.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist innen hohl, damit ein Dorn durch den Setzkopf und den Deformationsabschnitt durchgesteckt werden kann, um eine zumindest zugfeste Verbindung von Dornfuß und Schaftende zu erreichen. Mit der Stanzkante wird, während das Befestigungselement durch ein Werkstück geschoben wird, ein Stanzloch in das Werkstück gestanzt. Dabei muss allerdings die Kraft zum Stanzen mittels des Dorns in das Schaftende übertragen werden, da der Deformationsabschnitt diese Kraft nicht übertragen kann. Aufgrund einer scharfen Stanzkante werden die Stanzkräfte, die auf das Werkstück einwirken, herabgesetzt. Ebenso wird eine Bildung von Rissen in der Nähe des gestanzten Stanzloches vermieden, womit die Qualität der Nietverbindung verbessert wird. Die Stanzkante ist eine scharfe, vorzugsweise im wesentlichen rechtwinklige Kante.
Mit dem Befestigungselement wird eine Nietverbindung erzielt, die einer Blindnietverbindung ähnelt, weil die Ausbildung des Schließkopfes durch Zugkräfte erfolgt. Da für den Stanzvorgang ein zweiseitiger Zugang zum Werkstück erforderlich ist, handelt es sich hierbei jedoch nicht um einen reinen Blindnietvorgang. Der Deformationsabschnitt wird deformiert, indem das Schaftende mit Hilfe des Dornes, der in den hohlförmigen Schaft eingeführt wird und mit dem eine zugfeste Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt hergestellt wird, in Richtung des Setzkopfes gezogen wird. Durch die Deformation des Deformationsabschnitts wird ein Schließkopf ausgebildet. Mit dem Schließkopf können beispielsweise zwei Werkstücke miteinander verbunden werden. Der Deformationsabschnitt wird entweder aus weicherem Material als der Setzkopf bzw. das Schaftende gefertigt oder mit Hilfe einer geeigneten Formgebung, z.B. durch dünnere Wandstärken und/oder Öffnungen und/oder Faltungen im Deformationsabschnitt, leichter deformierbar ausgestaltet.
Gegenüber einem Stanzniet sind mit einem Blindniet Verbindungen erzielbar, die höhere Zug- sowie Scherkräfte aufnehmen können. Außerdem benötigt das Stanznietverfahren duktiles Material auf der Matrizenseite, welches zudem eine bestimmte Mindestdicke benötigt. Dieses ist bei Mischbaustrukturen nachteilig. Durch die Erfindung wird dieser Vor- teil mit dem weiteren Vorteil kombiniert, dass keine vorgebohrten Löcher aufgesucht werden müssen, in die das Befestigungselement gesteckt wird. Darüber hinaus werden anfallende Späne durch Bohren von Löchern vermieden. Durch das Selbststanzen des Befestigungselements wird eine Lochlaibung erzielt, die besonders vorteilhafte Eigenschaften der Nietverbindung hinsichtlich der maximal aufnehmbaren Zug- und Scherkräfte bewirkt.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungselemente sind der Schaft und der Dorn, insbesondere der Dornfuß und das Schaftende, lösbar verbindbar. Vorteile einer lösbaren Verbindung sind u.a., dass mit Hilfe des Dornes Bauteile an dem Befestigungselement befestigt werden können. Auch ermöglicht eine lösbare Verbindung eine Verwen- düng des Dorns als Werkzeug zur Ausbildung des Schließkopfes.
In einer speziellen Ausgestaltung sind der Schaft und der Dorn, insbesondere der Dornfuß und das Schaftende, kraftschlüssig verbindbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Schaft und der Dorn, insbesondere zwischen dem Dornfuß und dem Schaftende, form- schlüssig miteinander verbunden. Bspw. wird die formschlüssige Verbindung durch einen Bajonettverschluss oder eine Schraubverbindung zwischen dem Schaft und dem Dorn hergestellt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Dornfuß ein Außengewinde und das Schaftende ein entsprechendes Innengewinde auf, in welches der Dornfuß einschraubbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Dornfuß im Durchmesser größer oder gleich dem Außendurchmesser des Schaftendes. In diesem Fall ist vorteilhafterweise die Stanzkante am Dornfuß ausgebildet. Durch eine Stanzkante am Dornfuß wird ein ausreichend großes Stanzloch ausgestanzt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Dorn eine Sollbruchstelle auf. Hiermit wird erzielt, dass mit dem Dorn zum einen das für die Nietverbindung erforderliche Stanzloch gestanzt werden kann, zum andern aber auch der Dorn nach Deformation des Deformationsabschnitts entfernt werden kann.
In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Setzkopf einen größeren Durchmesser auf als der Deformationsabschnitt, das Schaftende und der Dornfuß. Hiermit wird sichergestellt, dass zum einen das Befestigungselement nicht zu tief in oder sogar durch das Werkstück gedrückt wird, zum andern der Setzkopf ohne Schwierigkeiten gegen das Werkstück gehalten werden kann, wenn das Schaftende in Richtung des Setzkopfes gezogen wird.
Vorteilhafterweise ist das Befestigungselement aus Metall, insbesondere Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Querschnitt des Befestigungselementes im wesentlichen kreisförmig. Alternativ ist der Querschnitt des Befestigungselementes im wesentlichen polygonal. Durch eine nicht kreisförmige Form des Querschnitts wird eine zusätzliche Festigkeit einer Nietverbindung zwischen zwei Werkstücken gegenüber Verdrehung erzielt. Wird ein Innengewinde des Befestigungselementes für das Befestigen von Zusatzteilen verwendet, bietet die polygonale Form zusätzliche Sicherheit gegenüber unerwünschtem Drehen des Befestigungselementes im Werkstück.
Der Dorn weist vorzugsweise einen Dornkopf auf, der im Durchmesser größer als das Schaftende ist. Mit Hilfe des Dorns kann auch eine erforderliche Druckkraft zum Stanzen des Befestigungselementes aufgenommen werden. Das Befestigungselement erhält durch den Dorn die erforderliche Festigkeit, so dass das Befestigungselement in das Werkstück gestanzt werden kann. An dem vergrößerten Dornkopf kann der Dorn später auf eine einfache Weise gegriffen und zurückgezogen werden. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Schaftende offen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schaftende geschlossen. Durch ein geschlossenes Schaftende wird eine vergleichsweise dichte Nietverbindung erzeugt, die einen Übertritt von Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen von der einen Seite des Werk- Stücks auf die andere Seite des Werkstücks erschwert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Setzen eines Befestigungselementes, das einen hohlförmigen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf hat, einen Deformationsabschnitt zur Ausbildung eines Schließkopfes, und einen innerhalb des Schaftes ausgebilde- ten Verbindungsabschnitt, der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit einem Dorn, insbesondere mit einem Dornfuß eines Dornes, dient, aufweist, wobei das dem Setzkopf gegenüberliegende Schaftende mit einer Stanzkante versehen ist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes verläuft, umfasst folgende Verfahrensschritte: Der Dorn wird in das Befestigungselement eingebracht und eine zugfeste Verbin- düng zwischen dem Dorn und dem Schaft ausgebildet; der Stanzvorgang mit dem Befestigungselement mit dem Dorn zur Bildung eines Stanzloches in mindestens einem Werkstück wird durchgeführt; der Schaft wird in das Stanzloch eingebracht, so dass sich der Schaft wenigstens teilweise in das Stanzloch erstreckt; eine Zugkraft an dem Dorn wird aufgebracht und der Setzkopf zur Ausbildung des Schließkopfes gegengehalten.
Alternativ umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Setzen eines Befestigungselementes, das einen hohlförmigen Schaft, der an seinem freien Ende einen Setzkopf hat, einen Deformationsabschnitt zur Ausbildung eines Schließkopfes, und einen Dorn innerhalb des Schaftes aufweist, wobei der Dorn einen Dornkopf und einen Dornfuß enthält und der Dornfuß mit einem dem Setzkopf gegenüberliegenden Schaftende zumindest zugfest verbunden ist, und wobei das Schaftende oder der Dornfuß eine Stanzkante aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfangs des Schaftes bzw. des Dornfußes verläuft, folgende Verfahrensschritte: Ein Stanzvorgang wird mit dem Befestigungselement und dem Dorn zur Ausbildung eines Stanzloches in mindestens einem Werkstück durchgeführt; der Schaft wird in das Stanzloch eingebracht, so dass sich der Schaft wenigstens teilweise in das Stanzloch erstreckt; eine Zugkraft an dem Dorn wird aufgebracht und der Setzkopf wird zur Ausbildung des Schließkopfes gegengehalten.
Mit Hilfe des Dorns kann zum einen die für das Stanzen des Stanzloches für das Befesti- gungselement erforderliche Kraft auf das Werkstück übertragen werden, zum anderen wird mit Hilfe des Dorns das Schaftende in Richtung des Setzkopfes gezogen. Ragt ein Teil des Deformationsabschnittes auf der Rückseite des Werkstückes hervor, wird er durch Ziehen am Dorn deformiert, d.h. insbesondere verbreitert. Ragt der Deformationsabschnitt nicht auf der Rückseite hervor, sondern befindet sich im Inneren des Werkstückes, wird der Deformationsabschnitt im Inneren des Werkstückes deformiert und bewirkt durch seine Verbreiterung eine Verklemmung, d.h. insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Befestigungselement und Werkstück.
Besitzt das Schaftende ein Innengewinde, kann das Innengewinde auf der Rückseite des Werkstückes angeordnet werden, was zu einer erhöhten Zugstabilität führt.
Durch das Befestigungselement kann eine Mehrzahl von Werkstücken miteinander verbunden werden. Da der Dorn die erforderlichen Druck- bzw. Zugkräfte aufnimmt, ist ein größerer Spielraum bei der Dimensionierung des Befestigungselementes als bei den bekannten Nieten gegeben. Insbesondere können Wandstärken reduziert werden und Nieten mit geringerem Materialverbrauch hergestellt werden. Nachdem das Befestigungselement gesetzt ist und der Deformationsabschnitt deformiert ist, ist der Dorn entweder herausschraubbar oder kann mit Hilfe einer Sollbruchstelle am Dorn herausgerissen werden. Das Gewinde kann ggf. für ein Anbringen eines Zusatzteils wie z.B. Leitungen, Halter, Verkleidungen oder Gehäuseteile verwendet werden. Es kann aber auch einfach zur Auf- nähme eines Abdeckstopfens dienen.
Der Unterschied zwischen den beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Setzen eines Befestigungselementes besteht darin, dass der Dorn als Werkzeug zur Ausbildung eines Schließkopfes verwendet wird, insbesondere damit ein Teil einer Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselementes ist, wohingegen in der zweiten Variante der Dorn ein Teil des Befestigungselementes als solches ist.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden durch das Befestigungselement mindestens zwei Werkstücke miteinander verbunden, wobei durch mindestens ein Werk- stück gestanzt wird. Dieses bedeutet, dass mit Hilfe des Befestigungselementes mindestens eine Stanzung durchgeführt wird, welche zu einem besonders guten Halt des Befestigungselementes führt. An dem Befestigungselement können beliebig weitere Bauteile und Komponenten befestigt werden. Insbesondere werden durch die Deformation des Deformationsabschnitts eine Mehrzahl von Werkstücken fest miteinander verbunden. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren wird der Dorn mit vorgebbarer Kraft und/oder um einen vorgebbaren Weg in das Werkstück gedrückt. Zur Aufnahme der bei der Stanzung auftretenden Kräfte wird das Werkstück durch eine Matrize gegengehalten, womit eine plastische Verformung des Werkstückes in der Umgebung des Stanzloches weitgehend vermieden wird. Die Kräfte durch die Stanzung werden über den Dorn auf das Werkstück übertragen. Mit Hilfe der vorgebbaren Kraft, insbesondere durch Vorgabe einer geeigneten Kraftkurve und/oder den vorgebbaren Weg wird die Nietverbindung in ihren Eigenschaften positiv beeinflusst.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Schraubverbindung zwischen dem Dorn und dem Befestigungselement ausgebildet. Je nach Verfahrensvariante gehört der Dorn zum Befestigungselement oder zur Vorrichtung einer Setzmaschine. Im Falle einer Setzmaschine, die einen Dorn enthält, wird der Dorn kurz vor dem Setzen des Befestigungselementes eingebracht, z.B. geschraubt, und das Befestigungselement anschlie- ßend mit Hilfe des Dorns gesetzt. Schließlich wird der Dorn aus dem gesetzten Befestigungselement herausgenommen, insbesondere herausgeschraubt. Insbesondere kann die Verbindung zwischen dem Dorn und dem Befestigungselement auch nach der Ausbildung des Schließkopfes gelöst und/oder hergestellt werden. D.h. das befestigte Befestigungselement kann z.B. als Gewindebohrung zur Befestigung von Gegenständen verwendet wer- den.
Eine erfindungsgemäße Nietverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren mit den o.g. Merkmalen hergestellt ist. Derartige Nietverbindungen zeichnen sich durch eine besonders gute Lochlaibung aus.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nietverbindung ist der Dorn, der als Schraube ausgebildet ist, in das Innengewinde eingeschraubt und ragt über den Setzkopf hinaus. In diesem Fall kann der Dorn auf eine einfache Art ergriffen werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselementes in mindestens ein Werkstück, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zum Setzen eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes, weist eine Matrize, einen Stempel, der einen Dorn enthält, der mit einem Befestigungselement lösbar verbindbar ist, und ein Haltewerkzeug zum Halten des Setzkopfes gegen das Werk- stück auf, wobei der Stempel und das Haltewerkzeug in Richtung der Matrize und von dieser weg unabhängig voneinander in einer definierten Weise beweglich sind. In einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselementes in mindestens ein Werkstück, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zum Setzen eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes, mit einer Matrize, einem Stempel zum Stanzen des Befestigungselementes durch das mindestens eine Werkstück, einem Haltewerkzeug zum Halten des Setzkopfes gegen das Werkstück, und einem Zugwerkzeug zum Zurückziehen des Dorns, sind der Stempel und das Haltewerkzeug in Richtung der Matrize und von dieser weg unabhängig voneinander in einer definierten Weise beweglich.
Durch die Relativbewegung zwischen Stempel und der Matrize wird der Deformationsabschnitt unter Bildung eines Schließkopfes deformiert. Hierbei wird auch bei Bearbeitung von mindestens zwei zu verbindenden Werkstücken ein besonders inniger Kontakt zwischen den beiden Stücken erzielt und Zwischenräume vermieden, so dass eine besonders gute Qualität der Nietverbindung erzielt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Dorn ein Außengewinde zur Herstellung einer lösbaren Verbindung mit dem Befestigungselement auf. Dieses ist insbesondere dann wichtig, wenn der Dorn als Teil der Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselementes nach der ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung stets wiederbenutzt wird. Ist der Dorn Teil der Vorrichtung, erfordert das Befestigungselement weniger Material und ist leichter.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Matrize einen Entsorgungskanal zur Entsorgung von Stanzteilen auf. Mit Hilfe des Entsorgungskanals werden ausgestanzte Teile auf einfache Weise vom Werkstück wegbefördert und entsorgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Stempel und die Matrize zum Kraftschluss mit einer Gegenkraftschlussstruktur, auch C-Bügel genannt, verbunden. Durch die Gegenkraftstruktur werden die bei der Stanzung auftretenden Kräfte aufgenommen und eine laterale Verschiebung des mindestens einen Werkstücks vermieden. Hierdurch wird die Präzision beim Setzen des Befestigungselementes erheblich erhöht.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zum Be- wegen und/oder Mittel zur Positionsbestimmung des Stempels und/oder des Haltewerkzeugs und/oder Kraftsensoren zur Erfassung der beim Setzen der Niete auftretenden Kräfte vorhanden. Mit Hilfe der Mittel zur Positionsbestimmung wird die Werkstückdicke und die Länge des zu setzenden Befestigungselementes überprüft. Die Mittel zum Bewegen erlauben ein Setzen des Befestigungselementes, insbesondere ein Stanzen und ein Deformieren des Deformationsabschnitts. Mit Hilfe der Kraftsensoren wird überprüft, wie stark minde- stens zwei Werkstücke zusammengedrückt werden, bzw. mit welcher Kraft die Deformierung des Deformationsabschnittes erfolgt. Die Kenntnis der verwendeten Kräfte und eine entsprechende Steuerung der Mittel zum Bewegen unter zu Hilfenahme der Mittel zur Positionsbestimmung erlaubt eine Optimierung der Nietverbindung.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer erfindungsgemäßen Nietverbindung ist zur lösbaren Befestigung von Zusatzteilen, insbesondere von Leitungen, Haltern, Verkleidungen oder Gehäuseteilen an einem Werkstück. Die erfindungsgemäße Nietverbindung hat somit zwei Aufgaben: Zum einen erlaubt sie die Verbindung von mindestens zwei Werkstücken untereinander, zum anderen erlaubt sie die Befestigung von Zusatzteilen an Werkstücken.
Die erfindungsgemäße Matrize mit einer im Durchmesser veränderlichen Stanzöffnung zum Setzen eines Befestigungselementes in mindestens ein Werkstück, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise zum Setzen des erfindungsgemäßen Befestigungselementes, insbesondere unter Verwendung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung, weist mindestens zwei Segmente zur Aufnahme von Stanzkräften auf, wobei die Segmente eine Stanzöffnung ausbilden, die zur Aufnahme eines Schließkopfes des Befestigungselementes im Durchmesser verbreiterbar ist, wobei die Segmente beweglich in einer Matrizenaufnahme gelagert sind und die Segmente durch mindestens ein Federelement zusammengehalten werden.
Durch die verbreiterbare Stanzöffnung wird ausreichend viel Raum für die Ausbildung eines Schließkopfes während des Ziehens am Dorn und Gegenhaltens des Setzkopfes zur Verfügung gestellt. Der Schließkopf drückt die Segmente radial nach außen, so dass sich die Stanzöffnung im Durchmesser selbstständig vergrößert.
Durch ihre Eigenschaft verbreiterbar zu sein, kann die Matrize nach dem Stanzvorgang, wenn sich der Schließkopf ausbildet, als Anschlag für das Werkstück verwendet werden. Insbesondere braucht die Matrize nach dem Stanzvorgang nicht entfernt zu werden, um Raum für den Schließkopf zu schaffen. Dieses ist dann besonders wichtig, wenn mehrerer Werkstücke miteinander verbunden werden sollen und sichergestellt werden soll, dass sich die Werkstücke nicht gegeneinander verschieben. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Matri- ze ist es möglich, während des gesamten Setzvorganges des Befestigungselementes, zwei miteinander zu verbindende Werkstücke unter ständigem Druck zu halten, wodurch die Lochleibung der Nietverbindung verbessert wird.
Durch die Beweglichkeit der Segment wird die Matrize schwimmend, d.h. bei seitlichem Versatz von Befestigungselement und Matrize z.B. aufgrund eines Aufbiegens des C- Bügels oder Toleranzen des Befestigungselements entstehen keine Schleifspuren bzw. kein Abschaben am Umfang des Befestigungselements. Darüber hinaus wird das Befestigungselement stärker vor Korrosion und die Matrize vor Verschleiß geschützt.
Mit Hilfe des Federelementes werden die Segmente zusammengehalten, so dass sich die Segmente nach Vollendung eines Setzvorgangs des Befestigungselements selbstständig wieder in die ursprüngliche Position zurückbegeben. Hiermit wird die erfindungsgemäße Matrize in ihren ursprünglichen Zustand versetzt.
Die Segmente sind so geformt, dass sie zum einen große Kräfte in Stanzrichtung aufnehmen können, ohne seitlich instabil zu werden und z.B. wegzurutschen, zum anderen jedoch auf einfache Weise durch radiale, von der Stanzöffnung wegzeigende Kräfte, die durch eine Ausbildung eines Schließkopfes erzeugt werden, geöffnet werden können.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Matrize sind die Segmente radial verschiebbar. Durch eine radiale Verschiebung der Segmente wird ein besonders leichtes Öffnen der Matrize bewirkt. Alternativ sind die Segmente so geformt bzw. mit einer Achse derart gelagert, dass die Segmente eine Dreh- bzw. eine Kippbewegung ausführen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Matrize weisen die Segmente eine im wesentlichen plane Auflagefläche und die Matrizenaufnahme eine im wesentlichen plane Gegenfläche zur Übertragung der Stanzkräfte auf die Matrizenaufnahme auf. Durch die planen Flächen können große Stanzkräfte von den Segmenten aufgenommen werden und an die Matrizenaufnahme weitergeleitet werden, womit eine stabile Lage der Segmente beim Stanzvorgang gewährleistet wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Matrize weisen die Segmente
Federelementaufnahmen auf. In den Federelementaufnahmen wird ein Federelement ge- führt. Dadurch wird ermöglicht, dass sich die Segmente nach Abschluss eines Setzvor- gangs in ihre ursprüngliche Position begeben und für einen erneuten Setzvorgang zur Verfügung stehen.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Matrize eine Matrizenaufnahme auf, die einen Ringanschlag enthält. Mit Hilfe des Ringanschlages wird das zu befestigende Werkstück während des Setzvorgangs fest gehalten, wodurch insbesondere sichergestellt wird, dass eine seitliche Bewegung des Werkstückes vermieden wird. Der Ringanschlag verhindert ein seitliches Verschieben der Segmente. Der Ringanschlag bewirkt somit ein sicheres Halten des Gegenstandes während des Setzvorganges.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Matrize weist der Ringanschlag zur Gewährleistung der Beweglichkeit der Segmente während des Setzvorganges des Befestigungselementes eine Ringanschlagfläche und die Segmente eine Segmentanschlagfläche auf, wobei die Segmentanschlagfläche in Bezug auf das Werkstück um einen Abstand von 0,1 bis 0,3 mm, vorzugsweise von 0,15 bis 0,25 mm, hinter der Ringanschlagfläche liegt. Durch eine derartige Anordnung der Anschlagflächen ist der Ringanschlag der Matrizenaufnahme näher an dem Werkstück angeordnet als die Segmente. Hierdurch wird bewirkt, dass das Werkstück vom Ringanschlag sicher gehalten wird und dass ein Verrutschen des Werkstücks während des Stanzvorganges bzw. des Nietvor- ganges verhindert wird. Dadurch können sich die Segmente auch im vorgespannten Zustand des Werkstückes noch radial (schwimmend) bewegen.
In einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Matrize weist die Matrize weniger als 5, insbesondere 4, vorzugsweise 3, Segmente auf. In einer weiteren speziellen Aus- gestaltung der erfindungsgemäßen Matrize wird das Federelement durch einen Gummiring gebildet. Das Federelement stellt sicher, dass die beweglichen Segmente nach Vollendung des Setzvorganges eines Befestigungselementes wieder in ihre ursprüngliche Position automatisch zurückversetzt werden.
In einer alternativen speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Matrize ist das Federelement ein Spiralring.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Matrize eine quer-verlaufende Zuluftbohrung auf, mit der ausgestanzte Stanzteile mit Hilfe von Pressluft durch einen Entsorgungs- kanal entfernt werden können. Um ein Verdrehen des Befestigungselementes gegenüber dem Werkstück bzw. ein Verdrehen zweier Werkstücke gegeneinander zu verhindern, ist die von den Segmenten ausgebildete Stanzöffnung im Querschnitt rotationsunsymmetrisch. Vorteilhafterweise ist die Stanzöffnung im Querschnitt im wesentlichen polygonal. Zur weiteren Unterstützung eines Drehschutzes werden die Segmente mit Zähnen ausgebildet, so dass die Stanzöffnung im Querschnitt eine Verzahnung aufweist. Mit Hilfe der rotationsunsymmetrischen Stanzöffnung wird ein entsprechendes rotationsunsymmetrisches Stanzloch gebildet, an das sich das Befestigungselement -selbst wenn es als solches rotationssymmetrisch ausgebildet istwährend seiner Deformation anschmiegt. Durch die Verbindung des Befestigungselemen- tes mit dem rotationsunsymmetrischen Stanzloch wird eine drehfeste Verbindung erzielt.
Weitere spezielle Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist als spezielles, exemplarisches Beispiel der Erfindung zu verstehen, die die Erfindung in ihrer Bedeutung und ihrem Geist nicht ein- schränken soll.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Befestigungselement mit einem Dorn, der in ein Werkstück eingeschoben ist;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, bei dem das Befestigungselement, das einen Dorn enthält, von einer Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselements in ein Werkstück gesetzt wird;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Nietverbindung, wobei ein Zusatzteil mit Hilfe des
Dorns am Werkstück befestigt wird;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselements mit einem Befestigungselement und einem Werkstück kurz bevor das Befestigungselement gesetzt wird;
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungselements nach Fig. 1 mit einem Dorn, der in ein Werkstück eingeschoben ist; Fig. 6 die Sollbruchstelle des Dorns im Querschnitt; und
Fig. 7 einen alternativen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, bei dem das Befestigungselement von einer Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungs- elements, die einen Dorn aufweist, in ein Werkstück gesetzt wird;
Fig. 8 eine erfindungsgemäße Matrize im Querschnitt;
Fig. 9 ein Segment der erfindungsgemäßen Matrize nach Fig. 8 im Längsschnitt;
Fig. 10 die drei Segmente der erfindungsgemäßen Matrize nach Fig. 8 in der Draufsicht;
Fig. 11 eine erfindungsgemäße Matrize mit einer rotationsunsymmetrischen Stanz- Öffnung in der Draufsicht; und
Fig. 12 eine erfindungsgemäße Matrize mit einer weiteren rotationsunsymmetrischen Stanzöffnung in der Draufsicht.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Befestigungselement 1 mit einem Setzkopf 4, einem Deformationsabschnitt 2 und einem Schaftende 3 mit einem Innengewinde 5 und einer Stanzkante 6, das hohl ist und in das ein Dorn 7 mit einem Dornkopf 23 und einem Dornfuß 24 geschraubt ist. Die zugfeste Verbindung zwischen dem Dorn 7 und dem Schaft 27 wird durch einen Verbindungsabschnitt 28 hergestellt. Der Verbindungsabschnitt 28 wird durch ein Innengewinde 5 im Schaft 27 gebildet. Das Innengewinde 5 wird in ein Außengewinde 29 am Dorn 7 geschraubt. Das Befestigungselement 1 ist durch ein erstes Werkstück 8 und ein zweites Werkstück 9 durchgestanzt, wobei beide Werkstücke 8, 9 als aufeinander liegende Bleche ausgestaltet sind. Das Befestigungselement 1 stanzt sein eigenes Stanzloch 11 durch die Werkstücke 8, 9. Das Schaftende 3 und ein Teil des deformierbaren Abschnitts 2 befindet sich auf der Rückseite 10 des zweiten Werkstücks 9. Der Deformationsabschnitt 2 hat gegenüber dem Schaftende 3 eine geringere Wandstärke. Der Dorn 7 weist einen Dornkopf 23 auf, mit dem zum einen Zusatzteile 22 (nicht abgebildet) befestigt werden können, sowie mit dem der Dorn 7 in Richtung des Setzkopfes 4 gezogen werden kann. Der Setzkopf 4 liegt auf dem ersten Werkstück 8 fest auf. Die Figur 2 beschreibt einen Verfahrensablauf des Setzens eines erfindungsgemäßen Befestigungselements. In dem von einem Haltewerkzeug 13 gehaltenen erfindungsgemäßen Befestigungselement 1 ist ein Dorn 7 eingeschraubt. Mit Hilfe von Mitteln zum Bewegen 19 wird das Befestigungselement 1 auf ein erstes Werkstück 8 aufgesetzt, welches mit ei- nem zweiten Werkstück 9 verbunden werden soll. Die Lage des Befestigungselements 1 relativ zu den Werkstücken 8, 9 wird mit Hilfe von Mitteln zur Positionsbestimmung 19 erfasst. Die Werkstücke 8,9 werden zunächst auf eine Matrize 14 aufgelegt, welche einen Entsorgungskanal 17 für ausgestanzte Stanzteile 18 aufweist. Anschließend wird das Befestigungselement 1 mit Hilfe des Haltewerkzeugs 13 so auf das erste Werkstück 8 aufge- setzt, dass das Schaftende 3 des Befestigungselements 1 das erste Werkstück kontaktiert. Anschließend wird mit Hilfe eines Stempels 12 eine Kraft auf der Dorn 7 ausgeübt, so dass das Schaftende 3 durch die Werkstücke 8, 9 geschoben wird. Währenddessen wird bei der Bewegung des Stempels 12 sowohl das Haltewerkzeug 13 als auch ein Zugwerkzeug 15 mitgeführt. Ausgestanzte Stanzteile 18 fallen in den Entsorgungskanal 17, wo sie dann entsorgt werden, vorzugsweise mit Hilfe von einer Über- oder Unterdruckluftleitung. Anschließend wird die Matrize 14 von den Werkstücken 8, 9 entfernt, so dass das Schaftende bzw. der herausstehende Deformationsabschnitt frei ist. Daraufhin zieht das Zugwerkzeug 15 am Dorn 1, wobei das Haltewerkzeug 13 den Setzkopf gegen das erste Werkstück 8 presst. Durch das Ziehen wird der Deformationsabschnitt 2 deformiert, wohingegen das Schaftende 3 nicht plastisch verformt wird. Mit Hilfe von Kraftsensoren 21 wird das Ziehen sowie das Stanzen überwacht und mit den von den Kraftsensoren 21 erfassten Daten die Bewegung des Zug- und/oder des Haltewerkzeugs gesteuert. Schließlich kann der Dorn 7 aus dem Befestigungselement 1 herausgeschraubt werden oder mit ihm ein Zusatzteil befestigt werden.
Figur 3 zeigt eine auf die beschriebene Weise hergestellte Nietverbindung, wobei das Befestigungselement 1 in seinem Deformationsabschnitt 2 deformiert ist. Mit Hilfe des Dorns 7 und dem Dornkopf 23 wird ein Zusatzteil 22, welches eine Halterung sein kann, an den Werkstücken 8, 9 befestigt. Die Werkstücke 8, 9 sind zwischen dem Setzkopf 4 und dem Deformationsabschnitt 2 fest eingespannt.
Figur 4 zeigt eine Detailansicht der Vorrichtung zum Setzen des Befestigungselements 1. Das Befestigungselement 1 wird mit Hilfe des Haltewerkzeugs 13 an dem im Befestigungselement 1 eingeschraubten Dorn 7 gehalten. Das Zugwerkzeug 15 fasst den Dorn 7 an seinem Dornkopf 23. Der Stempel 12 drückt auf den Dornkopf 23 des Dorns 7. Die Werkstücke 8, 9 sind zwischen dem Befestigungselement 1 und der Matrize 14 angeordnet, wobei die Matrize 14 von der Rückseite 10 des zweiten Werkstücks 9 die Kraft, welche von dem Stempel 12 über den Dorn 7 auf die Werkstücke 8, 9 übertragen wird, aufnimmt.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungsele- ments 1 nach Figur 1 mit einem Dorn 7, der in zwei Werkstücke 8, 9 eingeschoben ist. Das Stanzloch 11 wurde mit der Stanzkante 6, die am Dornfuß 24 ausgebildet ist, in die Werkstücke 8, 9 gestanzt. Mit Hilfe des Dornkopfes 23 kann der Dorn 7 zurückgezogen werden, so dass zunächst der Deformationsabschnitt 2 deformiert wird und anschließend der Dornkopf 23 an einer Sollbruchstelle 25 vom Dornfuß 24 abreißt. Die Stanzkante 6 wird durch eine scharfe, im wesentlichen rechtwinkelige Kante des Dornfüßes 24 gebildet. Die zugfeste Verbindung zwischen Dorn 7 und dem Schaft 7 wird durch den Verbindungsabschnitt 28 hergestellt.
Figur 6 zeigt die Sollbruchstelle 25 des Dorns 7 im Querschnitt, bei der der Dorn 7 auf einen quadratischen Dornkern 31 mit Stegen 26 an den jeweiligen Ecken verjüngt ist. Die Stege 26 tragen zur Führung des Dorns 7 im Befestigungselement 1 bei und verhindern ein seitliches Ausscheren bzw. Knicken des Dorns 7 unter Einwirkung der Druckkräfte während des Stanzvorgangs.
Figur 7 beschreibt einen alternativen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zum Setzen eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes. Ein Dorn 7 ist als Teil der Setzmaschine mit einem Stempel 12 fest verbunden. Der Dorn 7 weist ein Dornfuß 24 auf, mit dem der Dorn 7 in das Befestigungselement 1 eingeschraubt wird. Das Befestigungselement 1 weist einen Setzkopf 4 und ein Schaftende 3 auf, wobei das Schaftende 3 mit einer Stanzkante 6 versehen ist. Zunächst wird der Dorn 7 in das Befestigungselement 1 eingeschraubt. Anschließend wird der Stanzvorgang durchgeführt. Hierbei stanzt die Stanzkante 6 durch Krafteinwirkung des Dornes 7 ein Stanzloch in das Werkstück 8, 9. Hierbei nimmt die Matrize 14 die dabei auftretenden Kräfte auf. Daraufhin wird durch Zurückziehen des Dornes 7 und Niederhalten des Setzkopfes 4 der Deformationsabschnitt 2 deformiert. Es wird ein Schließkopf 30 ausgebildet. Schließlich wird der Dorn 7 aus dem Befestigungselement 1 herausgeschraubt und steht für den nächsten Setzvorgang zur Verfügung.
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Matrize 14 im Querschnitt. Die Matrize 14 weist eine Matrizenaufnahme 41 auf, welche die Stanzkräfte über bewegliche Segmente 34 aufnimmt. Die beweglichen Segmente 34 werden mit Hilfe eines Federelementes 33 zusammengehalten. Die beweglichen Segmente 34 öffnen sich selbstständig, wenn ein Schließkopf (nicht abgebildet) ausbildet wird. Der Schließkopf drückt die Segmente 34 gegen die Kraft des Federelements 33 auseinander. Die Segmente 34 besitzen je eine Auflagefläche 35, die auf der Matrizenaufnahme 41 aufliegt. Die Segmente 34 weisen darüber hinaus eine Segmentanschlagfläche 43 auf, über die Stanzkräfte auf die Segmente 34 und über die Aufla- gefläche 35 auf die Matrizenaufnahme 41 übertragen werden.
Die Matrizenaufnahme 41 enthält einen Ringanschlag 42, der die Segmente 34 umgibt. Der Ringanschlag 42 besitzt eine Ringanschlagfläche 44, mit der ein Werkstück (nicht abgebildet) gehalten wird. Das Werkstück wird von der Ringanschlagfläche 44 sicher gehalten, da die Segmentanschlagfläche 43 im Bezug auf das Werkstück weiter entfernt angeordnet ist. Der Abstand A zwischen der Segmentanschlagfläche 43 und der Ringanschlagfläche 44 beträgt etwa 0,2 mm. Die Segmente 34 bilden eine Stanzöffnung 40, durch die ein Stanzteil (nicht abgebildet) gedrückt werden kann.
Mit Hilfe einer Zuluftbohrung 39 und eines Entsorgungskanals 17 wird das Stanzteil mittels Pressluft entfernt. Ein Gewindeanschluss 37 ermöglicht eine einfache Befestigung eines Entsorgungsschlauches (nicht abgebildet) am Entsorgungskanal 17. Die Matrizenaufnahme 41 wird mit Hilfe einer Aufnahme für Gegenlager 38 an einer Gegenkraftstruktur z.B. an einem C-Bügel (nicht abgebildet) befestigt.
Fig. 9 zeigt ein einzelnes Segment 34 einer erfindungsgemäßen Matrize 14 nach Fig. 8 im Längsschnitt. Das Segment 34 weist eine Segmentanschlagfläche 43 und eine Auflagefläche 35 auf. Die Auflagefläche 35 ist plan, so dass Stanzkräfte über die Segmentanschlagfläche 43 und über die Auflagefläche 35 auf sichere Weise auf die Matrizenaufnahme 41 übertragen werden können, ohne dass sich das Segment 34 radial von der Stanzöffnung 40 seitlich weg bewegt. Das Segment 34 weist eine Federelementaufnahme 36 auf, in der ein Federelement 33 geführt wird. Das Federelement 33 ist als O-Ring aus Gummi gefertigt. Durch die Formgebung des Segmentes 34 ist es nicht notwendig, das einzelne Segment 34 mit Hilfe einer Achse zu lagern.
Das Segment 34 kann radial verschoben werden und braucht nicht verkippt zu werden. Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann ein jedes Segment 34 mit Hilfe einer Achse (nicht abgebildet) gelagert werden, wobei beim Öffnen der Matrize 14 ein jedes Segment 34 um einen Drehpunkt verkippt wird. Fig. 10 zeigt die drei Segmente 34 aus Fig. 8 in der Draufsicht. Zu erkennen ist, dass die drei Segmente 34 einen Ring bilden, der die Aufnahme von Stanzkräften erlaubt. Die Stanzöffnung 40 hat einen Durchmesser D, der etwas größer ist als der Durchmesser des zu setzenden Befestigungselementes (nicht abgebildet). Die Segmente 34 werden mit Hilfe eines Federelementes 33 zusammengehalten. Bei Ausbildung eines Schließkopfes am Ende des Setzvorganges werden die Segmente 34 auseinandergedrückt, so dass sich Spalten zwischen ihnen bilden, womit der Durchmesser D der Stanzöffnung 40 vergrößert wird.
Die Fig. 11 zeigt eine erfindungsgemäße Matrize 14 mit einer rotationsunsymmetrischen Stanzöffnung 40 in der Draufsicht. Hierbei werden durch die Segmente 34 Versätze 45 gebildet, die ein Verdrehen des Befestigungselements 1 im Werkstück 8, 9 verhindern. Dieser Verdrehschutz ist insbesondere bei Stanzmuttern vorteilhaft.
Fig. 12 zeigt eine erfindungsgemäße Matrize 14 mit einer weiteren rotationsunsymmetri- sehen Stanzöffnung 40 in der Draufsicht, wobei die Rotationsunsymmetrie durch Zähne 46 in den jeweiligen Segmenten 34 hervorgerufen wird. Bei der Deformation des Befestigungselementes 1 schmiegt sich das Befestigungselement 1 mit seinem Umfang an den Zähnen 46 der Segmente 34 und damit an dem entsprechend verzahnten Werkstück 8, 9 an. Ein Lösen der Matrize 14 von dem Werkstück 8, 9 nach Vollendung des Setzvorgangs ist aufgrund der Beweglichkeit der Segmente 34 auf einfache Weise möglich.
Die Erfindung beschreibt ein Befestigungselement 1, insbesondere zum Blindnieten, mit einem Setzkopf 4, einem Deformationsabschnitt 2 und einem Schaftende 3, wobei zwischen dem Setzkopf 4 und dem Schaftende 3 der Deformationsabschnitt 2 angeordnet ist und das Befestigungselement 1 innen hohl ist, gegebenenfalls mit einem Dorn 7 innerhalb des Befestigungselements 1, der ein Dornkopf 23 und einen mit dem Schaftende 3 zumindest zugfest verbundenen Dornfuß 24 aufweist, wobei das Schaftende 3 oder der Dornfuß 24 eine Stanzkante 6 aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftendes 3 bzw. des Dornfußes 24 verläuft, sowie ein Verfahren zum Setzen dieses Befestigungselements 1, eine Nietverbindung mit diesem Befestigungselement 1, eine Vorrichtung zum Setzen dieses Befestigungselements 1, eine Verwendung der erzielten Nietverbindung sowie eine für das Verfahren zum Setzen des Befestigungselements geeignete Matrize. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf einfache Weise besonders haltbare und zugfeste selbststanzende Blindnietverbindungen hergestellt werden können, wobei das Befestigungselement 1 die Möglichkeit bietet, ein Zusatzteil 22 zu befestigen.
Bezugszeichenliste
Befestigungselement 27 Schaft
Deformationsabschnitt 28 Verbindungsabschnitt
Schaftende 29 Außengewinde
Setzkopf 30 Schließkopf
Innengewinde 31 Dornkern
Stanzkante 33 Federelement
Dorn 34 Segment erstes Werkstück 35 Auflagefläche zweites Werkstück 36 Federelementaufnahme
Rückseite 37 Gewindeanschluss
Stanzloch 38 Aufnahme für Gegenlager
Stempel 39 Zuluftbohrung
Haltewerkzeug 40 Stanzöffnung
Matrize 41 Matrizenaufnahme
Zugwerkzeug 42 Ringanschlag
Gegenkraftstruktur 43 Segmentanschlagfläche
Entsorgungskanal 44 Ringanschlagfläche
Stanzteil 45 Versatz
Mittel zum Bewegen 46 Zähne
Mittel zur Positionsbestimmung
Kraftsensoren D Durchmesser
Zusatzteil A Abstand
Dornkopf
Dornfuß
Sollbruchstelle
Steg

Claims

Patentansprüche
1. Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlförmigen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) aufweist, mit einem De- formationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, und mit einem innerhalb des Schaftes (27) ausgebildeten Verbindungsabschnitt (28), der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit einem Dorn (7), insbesondere einem Dornfuß (24) eines Dornes (7), dient, wobei das dem Setzkopf (4) gegenüberliegende Schaftende (3) mit einer Stanzkante (6) versehen ist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes (27) verläuft.
2. Befestigungselement (1), insbesondere zum Blindnieten, mit einem hohlförmigen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) aufweist, mit einem Deformationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, mit einem Dorn (7) innerhalb des Schaftes (27), der einen Dornkopf (23) und einen Dornfuß (24) aufweist, wobei der Dornfuß (24) mit einem dem Setzkopf (4) gegenüberliegenden Schaftende (3) zumindest zugfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftende (3) oder der Dornfuß (24) eine Stanzkante (6) aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes (27) bzw. des Dornfüßes (24) verläuft.
3. Befestigungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (27) und der Dorn (7), insbesondere der Dornfuß (24) und das Schaftende (3), lösbar verbindbar sind.
4. Befestigungselement (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (27) und der Dorn (7), insbesondere der Dornfuß (24) und das Schaftende (3), kraftschlüssig verbindbar sind.
5. Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (27) und der Dorn (7), insbesondere der Dornfuß (24) und das Schaftende (3), formschlüssig verbindbar sind.
6. Befestigungselement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn- fuß (24) ein Außengewinde (29) und das Schaftende (3) ein entsprechendes Innengewinde (5) aufweist, in welches der Dornfuß (24) einschraubbar ist.
7. Befestigungselement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornfuß (24) im Durchmesser größer oder gleich dem Außendurchmesser des Schaftendes (3) ist und an ihm die Stanzkante (6) ausgebildet ist.
8. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (7) eine Sollbruchstelle (25) aufweist.
9. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Setzkopf (4) einen größeren Durchmesser aufweist als der Deformationsabschnitt (2), das Schaftende (3) und der Dornfuß (24).
10. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (1) aus Metall, insbesondere Stahl, Alumi- nium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt ist.
11. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Befestigungselements (1) im wesentlichen kreisförmig ist.
12. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Befestigungselements (1) im wesentlichen polygonal ist.
13. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornkopf (23) verbreitert ist.
14. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftende (3) offen ist.
15. Befestigungselement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftende (3) geschlossen ist.
16. Verfahren zum Setzen eines Befestigungselements (1), das einen hohlförmigen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) hat, einen Deformationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, und einen innerhalb des Schaftes (27) ausgebildeten Verbindungsabschnitt (28), der zur Ausbildung einer zugfesten Verbindung mit einem Dorn (7), insbesondere mit einem Dornfuß (24) eines Dornes (7), dient, aufweist, wobei das dem Setzkopf (4) gegenüberliegende Schaftende (3) mit einer Stanzkante (6) versehen ist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes (27) verläuft, umfassend folgende Verfahrensschritte:
Einbringen des Dornes (7) in das Befestigungselement (1) und Ausbildung einer zugfesten Verbindung zwischen dem Dorn (7) und dem Schaft (27); Durchführung eines Stanzvorgang mit dem Befestigungselement (1) und dem Dorn (7) zur Ausbildung eines Stanzloches (11) in mindestens einem Werkstück (8, 9);
Einbringen des Schaftes (27) in das Stanzloch (11), so dass sich der Schaft (27) wenigstens teilweise in das Stanzloch erstreckt; Aufbringen einer Zugkraft an dem Dorn (7) und Gegenhalten des Setzkopfes (4) zur Ausbildung des Schließkopfes (30).
17. Verfahren zum Setzen eines Befestigungselements (1), das einen hohlförmigen Schaft (27), der an seinem freien Ende einen Setzkopf (4) hat, einen Deformationsabschnitt (2) zur Ausbildung eines Schließkopfes, und einen Dorn (7) innerhalb des Schaftes (27) aufweist, wobei der Dorn (7) einen Dornkopf (23) und einen Dornfuß (24) enthält und der Dornfuß (24) mit einem dem Setzkopf (4) gegenüberliegenden
Schaftende (3) zumindest zugfest verbunden ist, und wobei das Schaftende (3) oder der Dornfuß (24) eine Stanzkante (6) aufweist, die im wesentlichen entlang des äußersten Umfanges des Schaftes (27) bzw. des Dornfußes (24) verläuft, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Durchführung eines Stanzvorgang mit dem Befestigungselement (1) und dem Dorn (7) zur Ausbildung eines Stanzloches (11) in mindestens einem Werkstück (8, 9);
Einbringen des Schaftes (27) in das Stanzloch (11), so dass sich der Schaft (27) wenigstens teilweise in das Stanzloch erstreckt; - Aufbringen einer Zugkraft an dem Dorn (7) und Gegenhalten des Setzkopfes (4) zur Ausbildung des Schließkopfes (30).
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement mindestens zwei Werkstücke (8, 9) miteinander verbindet, wobei durch mindestens ein Werkstück (8) gestanzt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (7) mit einer vorgegebenen Kraft und/oder mit einem vorgegebenen Weg in das Werkstück (8, 9) gedrückt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die Verbindung zwischen dem Dorn (7) und dem Befestigungselement (1) nach der Ausbildung des Schließkopfes (30) gelöst und/oder hergestellt werden kann.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem eine Schraubverbindung zwischen dem Dorn (7) und dem Befestigungselement (1) ausgebildet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem der Schaft (27) in das Stanzloch (11) eingebracht wird, so dass sich das Schaftende (3) durch das mindestens eine Werkstück (8, 9) erstreckt und der Deformationsabschnitt (2) zumindest teilweise aus dem Stanzloch (11) auf der Rückseite (10) des Werkstücks (8, 9) herausragt;
23. Nietverbindung an mindestens einem Werkstück (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 16 bis 22 hergestellt ist.
24. Nietverbindung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dorn (7), der als Schraube ausgebildet wird, in das Innengewinde (5) geschraubt ist und über den Setzkopf (4) herausragt.
25. Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselements (1) in mindestens ein Werkstück (8, 9), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 16 bis 22, vorzugsweise zum Setzen eines Befestigungselements (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit ei- ner Matrize (14), einem Stempel (12), der einen Dorn (7) aufweist, der mit einem
Befestigungselement (1) lösbar verbindbar ist, und mit einem Haltewerkzeug (13) zum Halten des Setzkopfes (4) gegen das Werkstück (8, 9), wobei der Stempel (12) und das Haltewerkzeug (13) in Richtung der Matrize und von dieser weg unabhängig voneinander in einer definierten Weise beweglich sind.
26. Vorrichtung zum Setzen eines Befestigungselements (1) mit einem darin innen eingebrachten Dorn (7) in mindestens ein Werkstück (8, 9), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 16 bis 20, vorzugsweise zum Setzen eines Befestigungselements (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einer Matrize (14), einem Stempel (12) zum
Stanzen des Befestigungselements (1) durch das mindestens eine Werkstück (8, 9), einem Haltewerkzeug (13) zum Halten des Setzkopfes (4) gegen das Werkstück (8, 9), und einem Zugwerkzeug (15) zum Zurückziehen des Dorns (7), wobei der Stempel (12) und das Haltewerkzeug (13) in Richtung der Matrize und von dieser weg unabhängig voneinander in einer definierten Weise beweglich sind
27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (7) ein Außengewinde (29) zur Herstellung einer lösbaren Verbindung mit dem Befestigungselement (1) aufweist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (14) einen Entsorgungskanal (17) zur Entsorgung von Stanzteilen (18) aufweist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (12) und die Matrize (14) zum Kraftschluss mit einer Gegenkraftstruktur (16) verbunden sind.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Bewegen (19) und/oder Mittel zur Positionsbestimmung (20) des Stempels (12) und/oder des Haltewerkzeuges (13), und/oder Kraftsensoren (21) zur Erfassung der beim Setzen der Niete auftretenden Kräfte vorhanden sind.
31. Verwendung einer Nietverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 23 oder 24 zur Befestigung, insbesondere lösbaren Befestigung, von Zusatzteilen (22), insbesondere von Leitungen, Haltern, Verkleidungen oder Gehäuseteilen an einem Werkstück (8, 9).
32. Matrize (14) mit einer im Durchmesser (D) veränderlichen Stanzöffnung (40) zum Setzen eines Befestigungselements (1) in mindestens ein Werkstück (8, 9), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 16 bis 22, vorzugsweise zum Setzen eines Befestigungselements (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 25 bis 30, mit mindestens zwei Segmenten (34) zur Aufnahme von Stanzkräften, wobei die Segmente (34) eine Stanzöffnung (40) ausbilden, die zur Aufnahme eines Schließkopfes (30) des Befestigungselements (1) im Durchmesser (D) verbreiterbar ist, wobei die Segmente (34) beweglich in einer Matrizenaufnahme (41) gelagert sind und die Segmente (34) durch mindestens ein Federelement (33) zusammengehalten werden.
33. Matrize (14) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (34) radial verschiebbar sind.
34. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (34) im wesentlichen eine plane Auflagefläche (35) und die Matrizenaufnahme (41) eine im wesentlichen plane Gegenfläche (47) zur Übertragung der Stanzkräfte auf die Matrizenaufnahme (41) aufweisen.
35. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (34) eine Federelementaufnahme (36) aufweisen.
36. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizenaufnahme (41) einen Ringanschlag (42) aufweist.
37. Matrize (14) nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung der Beweglichkeit der Segmente (34) während des Setzvorgangs des Befestigungselements (1) der Ringanschlag (42) eine Ringanschlagfläche (44) und die Segmente (34) eine Segmentanschlagfläche (43) aufweisen, wobei die Segmentanschlagfläche (43) in Bezug auf das Werkstück (8, 9) um einen Abstand (A) von 0,1 bis 0,3 mm, vorzugsweise von 0,15 bis 0,25 mm, hinter der Ringanschlagfläche (44) liegt.
38. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 37, gekennzeichnet durch weniger als fünf, insbesondere vier, vorzugsweise drei, Segmente (34).
39. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) ein Gummiring ist.
40. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33) ein Spiralring ist.
41. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 40, gekennzeichnet durch eine querlaufende Zuluftbohrung (39).
42. Matrize (14) nach einem der Ansprüche 32 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Segmenten (34) ausgebildete Stanzöffnung (40) im Querschnitt rotati- onsunsymmetrisch ist.
43. Matrize (14) nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzöffnung (40) im Querschnitt im wesentlichen polygonal ist.
44. Matrize (14) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzöffnung
(40) im Querschnitt eine Verzahnung aufweist.
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