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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Befestigen eines Bauteils mit Flansch in zumindest einer Baukomponente sowie ein zugehöriges Bauteil. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils, das einen den Flansch bildenden Kopf und einen sich vom Kopf erstreckenden Schaft umfasst, wobei der Schaft einem den Kopf benachbarten Umformabschnitt aufweist, dessen Querschnitt gegenüber dem daran angrenzenden Schaftabschnitt verdickt ist, und wobei die Baukomponente zumindest einen mit einer als Öffnung ausgebildeten Aufnahme versehenen Befestigungsabschnitt aufweist, wobei das Verfahren einen Schritt zum Einsetzen des Bauteils in die Aufnahme des Befestigungsabschnitts umfasst, so dass sich der Kopf und der Umformabschnitt des Bauteils abschnittsweise auf unterschiedlichen Seiten des Befestigungsabschnitts befinden.
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Der Stand der Technik stellt zum Befestigen eines Bauteils mit Flansch in einer Baukomponente eine Vielzahl verschiedener Lösungen bereit.
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Die
DE 200 12 097 U1 zeigt ein verdreh- und ausreißsicher in ein Blech einpressbares Befestigungselement. Das Befestigungselement weist einen den Flansch bildenden Kopf auf, an dessen dem Blech zugewandten Seite sich radial erstreckende Stege angeordnet sind. Zusätzlich ist am Schaft unterhalb des Kopfes eine umlaufende Ringausnehmung vorgesehen. Beim Einpressen des Befestigungselements in das Blechteil drücken sich die radialen Stege an der Kopfunterseite in das Blech, und das beim Einpressen des Befestigungselements in das Blech verdrängte Material fließt in die umlaufende Ringausnehmung.
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Die
DE 42 03 153 A1 zeigt einen Einpressbolzen zur Befestigung in einer vorgefertigten Bohrung eines Werkstücks durch plastische Verformung seines Werkstoffs in Folge Verpressung mittels einer unter dem Kopf des Einpressbolzens angeordneten Einpressform. Der von der Einpressform verdrängte Werkstoff fließt in eine unter den Bolzen am Bolzenschaft angeordnete Umfangsnut, die von einer Kegelmantelfläche begrenzt wird.
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DE 1 891 678 U zeigt einen Bolzen
1 zur Befestigung an einem Blechbauteil, der unterhalb des Kopfes
2 einen Umformbereich
5 aufweist. Durch das Umformen wird der Umformbereich
5 in Richtung des Kopfes in eine vorhandene Aussparung
8 am Blechteil gepresst und bildet den Verankerungsabschnitt.
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DE 203 09 424 U1 beschreibt einen viereckigen Bolzen
2, der in einem Blechteil
1 eingesetzt wird. Durch einen Stempel wird der viereckige Bolzen jeweils an den Ecken
6 umgeformt und bildet dort die Verankerungsabschnitte.
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DE 19 815 407 A1 zeigt einen Bolzen
10, der am Kopf auf der dem Schaft gegenüberliegenden Seite einen Umformbereich
34 aufweist. Der Umformbereich ist rohrförmig ausgeführt. Der Bolzen wird mit dem Blechteil
30 verbunden, wobei durch einen Stempel
42 der rohrförmige Umformbereich
34 zum Kopf hin umgeformt wird und den Verankerungsabschnitt bildet. Die
DE 198 15 407 A1 zeigt einen Erfindungsgegenstand, der sich erheblich von der vorliegenden Anmeldung unterscheidet.
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US 4 966 512 A beschreibt einen Bolzen, der beim Einpressen mit Hilfe von angeformten Zähnen in die innere Öffnung einer Baukomponente aus Blech einschneidet und ein Verdrehen verhindert.
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DE 2 159 263 A beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden eines Flanschens, bei dem der Flansch an der Bohrungsinnenseite Zähne oder eine definierte Kante aufweist, die beim Aufpressen der Baukomponente auf die Nabe in das Material der Nabe einschneidet und unter Spanbildung Material abschälen. Dadurch kommt der Flansch in eine Endposition in Aufschieberichtung.
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Die
DE 27 15 271 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen von Schraubteilen an einer Metallplatte sowie eine Metallplatte, an der derartige Schraubstücke befestigt sind. Das Schraubteil weist einen Schraubenkopf, einen Schraubenkörper und einen zwischen Schraubenkopf und -körper angeordneten, polygonalen Halsabschnitt auf. Das Schraubteil wird in eine polygonale Öffnung einer Metallplatte eingesetzt und der polygonale Halsabschnitt wird mit Hilfe eines Werkzeugs verquetscht, so dass sich der Halsabschnitt radial aufweitet und die Öffnung in der Metallplatte plastisch verformt.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zum Befestigen eines Bauteils mit einem Flansch an zumindest einer Baukomponente gehen jeweils einher mit einer starken Verformung der Baukomponente im Bereich der Öffnung, in die das Bauteil eingepresst wird. Das umliegende Material wird dabei erheblich beansprucht und beschädigt, so dass gerade im Bereich dieser Öffnungen eine stark erhöhte Wahrscheinlichkeit des Materialversagens gegeben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen und insbesondere ein materialschonendes Verfahren zum Befestigen eines Bauteils mit einem Flansch in einer Baukomponente bereitzustellen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren des Anspruchs 1, das sich erfindungsgemäß kennzeichnet durch Kaltumformen des Umformabschnitts mittels eines Fließschabevorgangs zur Bildung eines Gegenflansches auf der dem Kopf entgegengesetzten Seite des Befestigungsabschnitts der Baukomponente.
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Durch den Fließschabevorgang wird das Material des gegenüber dem umliegenden Schaftabschnitt verdickten Umformabschnitts gezielt in die Form des Gegenflansches überführt. Der Querschnitt des Schaftabschnitts im Inneren der Öffnung der Baukomponente bleibt dabei im Wesentlichen unverändert. Daher bleibt auch die Form der Baukomponente insbesondere im Bereich der Öffnung im Wesentlichen erhalten. Auf diese Weise lässt sich eine äußerst materialschonende Verbindung zwischen dem Bauteil und der Baukomponente herstellen. Die Erfindung bietet ferner den Vorteil, dass das Verfahren durch den Einsatz von Exzenterpressen schnell durchführbar ist. Die erzeugte Verbindung zwischen Bauteil und Baukomponente kann hohe Belastungen in Form von Anpress- und Auspressknöpfkräften sowie von Biege- und Drehmomenten aufnehmen. Ebenso wird durch die gezielte Ausbildung des Gegenflansches die Bauteilsteifigkeit erhöht. Auch können die Befestigungskosten pro Einheit, z. B. gegenüber Befestigung durch Widerstandsschweißen, aufgrund höherer Stückleistung und geringeren Energiekosten erheblich reduziert werden. Die erhaltenen Setzbeträge zwischen den Fügeteilen bei anschließender Schraubmontage sind bei der erfindungsgemäßen Lösung deutlich geringer. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist die Mehrfachbestückung von Bauteilen pro Baukomponente möglich, ebenso wie die einschichtige wie auch mehrschichtige Verbindung zwischen Bauteil(en) und Baukomponente(n). Durch konstruktives Gestalten des Umformbereichs am Bauteil ergeben sich vielfache Anwendungsmöglichkeiten.
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Zur optimalen Ausgestaltung der Flanschkontur und zur Verbesserung des optischen und ästhetischen Erscheinungsbildes der Einpressverbindung erweist es sich als hilfreich, wenn der Gegenflansch in einer Form mit definiertem Volumen gebildet wird.
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Die Ausgestaltung der Flanschkontur kann weiter verbessert werden, wenn das den Gegenflansch bildende Material die Form im Wesentlichen ausfüllt.
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In einem besonders einfach und schnell durchführbaren Verfahren umfasst der Umformschritt das Anordnen des Bauteils in einem Aufnahmeabschnitt einer Fließschabevorrichtung, dessen Mündung im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist, wie der an den Umformabschnitt angrenzende Schaftabschnitt des Bauteils und das Einpressen des Umformabschnitts in die Mündung der Fließschabevorrichtung.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils in zumindest einer Baukomponente, wobei das Bauteil zumindest zwei Umformabschnitte und einen sich von zumindest einem der Umformabschnitte erstreckenden Schaft umfasst, wobei der Querschnitt der Umformabschnitte gegenüber dem daran angrenzenden Schaftabschnitt verdickt ist, und wobei sich der jeweilige Schaft zwischen dem Umformabschnitt und dem benachbarten Schaftabschnitt verjüngt und im Übergangsbereich Einlaufschrägen bildet, und die Umformabschnitte dafür vorgesehen sind, beim Einpressen des Bauteils in eine Baukomponente auf unterschiedlichen Seiten jeweils durch Kaltumformung mittels Fließschabevorgang in einen Flansch überführt zu werden, wobei die Baukomponente zumindest einen mit einer als Öffnung ausgebildeten Aufnahme versehenen Befestigungsabschnitt aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einsetzten des Bauteils in die Aufnahme des Befestigungsabschnitts, so dass sich die Umformabschnitte des Bauteils zumindest abschnittsweise auf unterschiedlichen Seiten des Befestigungsabschnitts befinden, Kaltumformen der Umformabschnitte mittels Fließschabevorgang zur Bildung zweier Flansche auf entgegengesetzten Seiten des Befestigungsabschnitts der Baukomponente, wobei sich der in der Öffnung der Baukomponente befindliche Abschnitt der Umformabschnitte in radiale Richtung nicht aufweitet, und ein Spalt zwischen dem sich in der Öffnung der Baukomponente befindlichen Abschnitt der Umformabschnitte und der Wandung der Öffnung der Baukomponente nach dem Bilden der Flansche erhalten bleibt. Die Einpressverbindung des Bauteils in die Baukomponente kann besonders materialschonend hergestellt werden durch Kaltumformen der Umformabschnitte mittels eines Fließschabevorgangs zur Bildung zweier Flansche auf entgegengesetzten Seiten des Befestigungsabschnitts der Baukomponente im Wesentlichen unter Beibehaltung der Wandstärke der Baukomponente im Bereich der Öffnung.
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Bei einem extrem stabilen Bauteil ist zumindest einer der Umformabschnitte als Verdrehsicherungselement ausgebildet.
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Ein einfaches, für das Fließschabeverfahren der ersten Ausführung geeignetes Bauteil mit einem Flansch umfasst einen einen Flansch bildenden Kopf und einen sich vom Kopf erstreckenden Schaft, wobei der Schaft einen dem Kopf benachbarten Umformabschnitt und einen daran angrenzenden Schaftabschnitt aufweist, wobei der Querschnitt des Umformabschnittes gegenüber dem benachbarten Schaftabschnitt verdickt ist und der Umformabschnitt dafür vorgesehen ist, beim Einpressen des Bauteils in die Baukomponente auf der dem Kopf entgegengesetzten Seite der Baukomponente durch Kaltumformung mittels Fließschabevorgang in einen Gegenflansch überführt zu werden, wobei sich der Schaft zwischen dem Umformabschnitt und dem benachbarten Schaftabschnitt verjüngt und im Übergangsbereich eine Einlaufschräge bildet.
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Die Be- und Verarbeitung des Bauteils mit einem Fließschabewerkzeug kann dadurch erleichtert werden, dass der an den Umformabschnitt angrenzende Schaftabschnitt als Führungsabschnitt zum Führen des Bauteils in dem Werkzeug ausgebildet ist.
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Die Be- und Verarbeitung des Bauteils mit einem Fließschabewerkzeug kann dadurch weiter erleichtert werden, dass sich das Bauteil vom Kopf bis zum Ende des Schaftes stetig verjüngt.
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Ein besonders vielseitig anwendbares Bauteil ist als Bolzen oder Hülse ausgebildet.
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Eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten des Bauteils erschließt sich dadurch, dass der Querschnitt des Bauteils im Bereich des Umformabschnitts rund, oval oder eckig ist.
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Noch weitere Anwendungsmöglichkeiten des Bauteils erschließen sich dadurch, dass der Querschnitt des Bauteils im Bereich des an den Umformabschnitt angrenzenden Schaftabschnitts rund, oval oder eckig ist.
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Zur Herbeiführung einer dauerhaften Verdrehsicherung des Bauteils in der Öffnung der Baukomponente ist es von Vorteil, wenn das Bauteil ein Verdrehsicherungselement aufweist.
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Das Einsetzen des Bauteils in die Öffnung in der Baukomponente kann dadurch erleichtert werden, dass das Bauteil zur Verwendung für ein Verfahren zumindest zwei Umformabschnitte und einen zumindest einem Umformabschnitt benachbarten Schaftabschnitt aufweist, wobei die Umformabschnitte gegenüber dem benachbarten Schaftabschnitt verdickte Querschnitte aufweisen und dafür vorgesehen sind, beim Einpressen des Bauteils in eine Baukomponente auf unterschiedlichen Seiten der Baukomponente jeweils in einen Flansch überführt zu werden, wobei sich das Bauteil zwischen dem Umformabschnitt und dem benachbarten Schaftabschnitt verjüngt und im Übergangsbereich eine Einlaufschräge bildet.
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Zum Erzeugen eines Formschlusses zwischen Bauteil und Baukomponente es von Vorteil, wenn zumindest einer der Umformabschnitte als Verdrehsicherungselement ausgebildet ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Fließschabevorrichtung zum Befestigen des Bauteils in zumindest einer Baukomponente, mit einem Werkzeug, das eine zylindrische Aufnahme umfasst, in die der dem Umformabschnitt benachbarte Schaftabschnitt des Bauteils einsetzbar ist, einem Gegenhalter zum Halten des Kopfes des Bauteils, wobei das Werkzeug und/oder der Gegenhalter in axialer Richtung des umzuformenden Bauteils zum Kaltumformen mittels Fließschabevorgang des Umformabschnitts des Bauteils beweglich ist, und das Werkzeug eine Form mit definiertem Volumen zur Bildung des Gegenflansches umfasst, wobei das Werkzeug zwischen der zylindrischen Aufnahme und der Form mit definiertem Volumen einen Radius aufweist, der zwischen 0,2 mm und 1,5 mm beträgt. Die Einpressverbindung zwischen dem Bauteil und der Baukomponente lässt sich mit diesem Werkzeug besonders vorteilhaft herstellen.
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In einer besonders einfachen und damit kostengünstigen Ausführung der Vorrichtung ist das Werkzeug im Wesentlichen hülsenförmig.
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Dazu ist es besonders hilfreich, wenn das Werkzeug gegenüber einer Werkzeugaufnahme axial beweglich ist.
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Zum Entfernen des eingepressten Bauteils ist es hilfreich, wenn die Vorrichtung einen Auswerfer zum Auswerfen des Bauteils aus der Aufnahme des Werkzeugs umfasst.
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Weiterhin umfasst eine Ausbildung der Erfindung eine Anordnung, die ein Bauteil und eine Baukomponente umfasst, wobei das Bauteil mit einem einen Flansch bildenden Kopf und einem sich vom Kopf erstreckenden Schaft ausgebildet ist, wobei der Schaft einen dem Kopf benachbarten Umformabschnitt und einen daran angrenzenden Schaftabschnitt aufweist, wobei der Querschnitt des Umformabschnittes gegenüber dem benachbarten Schaftabschnitt verdickt ist, und der Umformabschnitt dafür vorgesehen ist, beim Einpressen des Bauteils in die Baukomponente auf der dem Kopf entgegengesetzten Seite der Baukomponente durch Kaltumformung mittels Fließschabevorgang in einen Gegenflansch überführt zu werden, wobei im eingebauten Zustand zwischen dem sich in einer Öffnung der Baukomponente befindlichen Abschnitt des Umformabschnitts und der Wandung der Öffnung der Baukomponente ein Spalt ausgebildet ist, und dass zwischen dem Schaft und dem Gegenflansch des Bauteils ein Radius ausgebildet ist, der zwischen 0,2 mm und 1,5 mm beträgt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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1a zeigt einen ersten Schritt des Fließschabevorgangs, insbesondere die Fließschabevorrichtung und das in die Baukomponente eingesetzte Bauteil in einem Schnitt entlang der Werkzeugachse in der Zuführposition, wobei sich der Pressenstößel im oberen Totpunkt befindet.
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1b zeigt einen zweiten Schritt des Fließschabevorgangs, insbesondere die Fließschabevorrichtung und das in die Baukomponente eingesetzte Bauteil in einem Schnitt entlang der Werkzeugachse in einem Zustand, in dem der Einpressvorgang beendet ist und sich der Pressenstößel im unteren Totpunkt befindet.
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1c zeigt einen dritten Schritt des Fließschabevorgangs, insbesondere die Fließschabevorrichtung und das in die Baukomponente eingesetzte Bauteil in einem Schnitt entlang der Werkzeugachse in der Auswerfposition, wobei sich der Pressenstößel im oberen Totpunkt befindet und wobei die Baukomponente mit eingepressten Bauteil aus dem Werkzeug ausgeworfen wird.
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1d zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kopfbereichs des Bauteils aus 1a mit unbearbeitetem Umformabschnitt.
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1e zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kopfbereichs des Bauteils aus 1b mit ausgebildetem Gegenflansch.
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2a zeigt eine Unteransicht einer unbearbeiteten Distanzhülse.
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2b zeigt eine Halbschnittansicht der unbearbeiteten Distanzhülse.
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2c zeigt eine Gesamtansicht der unbearbeiteten Distanzhülse.
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2d zeigt eine Unteransicht der eingepressten Distanzhülse.
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2e zeigt eine Halbschnittansicht der eingepressten Distanzhülse.
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3a zeigt eine Unteransicht einer unbearbeiteten Distanzhülse mit Langloch.
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3b zeigt eine Halbschnittansicht der unbearbeiteten Distanzhülse mit Langloch.
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3c zeigt eine Gesamtansicht der unbearbeiteten Distanzhülse mit Langloch.
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3d zeigt eine Unteransicht der eingepressten Distanzhülse mit Langloch.
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3e zeigt eine Halbschnittansicht der eingepressten Distanzhülse mit Langloch.
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4a zeigt eine Unteransicht einer unbearbeiteten Flanschmutter mit sechskantigem, als Verdrehsicherung ausgebildeten Umformabschnitt.
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4b zeigt eine Halbschnittansicht der unbearbeiteten Flanschmutter.
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4c zeigt eine Gesamtansicht der unbearbeiteten Flanschmutter.
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4d zeigt eine Unteransicht der eingepressten Flanschmutter.
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4e zeigt eine Halbschnittansicht der eingepressten Flanschmutter.
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5a zeigt eine Unteransicht einer unbearbeiteten Flanschmutter mit sechskantigem, als Verdrehsicherung ausgebildeten Umformabschnitt.
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5b zeigt eine Halbschnittansicht der unbearbeiteten Flanschmutter.
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5c zeigt eine Gesamtansicht der unbearbeiteten Flanschmutter.
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5d zeigt eine Unteransicht der eingepressten Flanschmutter mit versenktem Gegenflansch.
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5e zeigt eine Halbschnittansicht der eingepressten Flanschmutter mit versenktem Gegenflansch.
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6a zeigt eine Unteransicht eines unbearbeiteten Distanzbolzens.
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6b zeigt eine Halbschnittansicht des unbearbeiteten Distanzbolzens.
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6c zeigt eine Gesamtansicht des unbearbeiteten Distanzbolzens.
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6d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Distanzbolzens.
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6e zeigt eine Halbschnittansicht des eingepressten Distanzbolzens.
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7a zeigt eine Unteransicht einer unbearbeiteten Gewindeeinpresshülse.
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7b zeigt eine Halbschnittansicht der unbearbeiteten Gewindeeinpresshülse.
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7c zeigt eine Gesamtansicht der unbearbeiteten Gewindeeinpresshülse.
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7d zeigt eine Unteransicht der eingepressten Gewindeeinpresshülse.
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7e zeigt eine Schnittansicht der eingepressten Gewindeeinpresshülse.
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8a zeigt eine Unteransicht eines unbearbeiteten Gewindeeinpressbolzens.
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8b zeigt eine Seitenansicht des unbearbeiteten Gewindeeinpressbolzens.
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8c zeigt eine Gesamtansicht des unbearbeiteten Gewindeeinpressbolzens.
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8d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Gewindeeinpressbolzens.
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8e zeigt eine Teilschnittansicht des eingepressten Gewindeeinpressbolzens.
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9a zeigt eine Seitenansicht eines unbearbeiteten Lagerbolzens.
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9b zeigt eine Gesamtansicht des unbearbeiteten Lagerbolzens.
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9c zeigt eine Teilschnittansicht des eingepressten Lagerbolzens.
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10a zeigt eine Unteransicht eines weiteren unbearbeiteten Gewindeeinpressbolzens.
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10b zeigt eine Seitenansicht des unbearbeiteten Gewindeeinpressbolzens.
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10c zeigt eine Gesamtansicht des unbearbeiteten Gewindeeinpressbolzens.
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10d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Gewindeeinpressbolzens in einer wasserdichten Einpressverbindung.
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10e zeigt eine Teilschnittansicht des eingepressten Gewindeeinpressbolzens in einer wasserdichten Einpressverbindung.
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11a zeigt einen ersten Schritt einer weiteren Ausführung des Fließschabeverfahrens, wobei Flansch und Gegenflansch gleichzeitig durch Kaltumformen der Umformabschnitte mittels eines Fließschabevorgangs geformt werden.
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11b zeigt einen zweiten Schritt der weiteren Ausführung des Fließschabeverfahrens, wobei Flansch und Gegenflansch gleichzeitig durch Kaltumformen der Umformabschnitte mittels eines Fließschabevorgangs geformt werden.
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11c zeigt einen dritten Schritt der weiteren Ausführung des Fließschabeverfahrens, wobei Flansch und Gegenflansch gleichzeitig durch Kaltumformen der Umformabschnitte mittels eines Fließschabevorgangs geformt werden.
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11d zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kopfbereichs des Bauteils aus 11a mit unbearbeitetem Umformabschnitt.
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11e zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kopfbereichs des Bauteils aus 11c mit ausgebildetem Gegenflansch.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung.
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1a bis 1c zeigen das Prinzip des Fließschabevorgangs. Eine Fließschabevorrichtung 10, die zur Durchführung des Fließschabevorgangs verwendet wird, umfasst ein Werkzeug 11, einen Matrizenmantel 12, der das Werkzeug 11 umgibt und ihm gegenüber beweglich ist, ein Federpaket 14, über das sich der Matrizenmantel 12 von einer Werkzeuggrundplatte 15 abstützt, eine Hinterlage 13, die zwischen Werkzeug 11 und Werkzeuggrundplatte 15 angeordnet ist, und einen Auswerfer 16, der in einer zentralen, mittigen Öffnung des Werkzeugs 11, der Hinterlage 13 und der Werkzeuggrundplatte 15 angeordnet ist und in dieser Öffnung bewegbar ist. Die mittige Öffnung in dem Werkzeug 11, der Hinterlage 13 und der Werkzeuggrundplatte 15 verläuft entlang einer Werkzeugachse 18. Oberhalb des Werkzeugs 11 ist ein Stempel 17 vorgesehen, der entlang der Werkzeugachse 18 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt auf und ab bewegbar ist. In der in 1a beschriebenen Stellung befindet sich der Stempel 17 im oberen Totpunkt. Das Werkzeug 11 kann an der Mündung der Öffnung, in die das Bauteil 1 eingesetzt wird, eine Form mit definiertem Volumen zum Bilden des Gegenflansches umfassen. Die Form kann einen runden, ovalen oder eckigen Rand, je nach der gewünschten Gestalt des zu bildenden Gegenflansches aufweisen.
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Die Baukomponente 8 ist vorzugsweise ein Stahlblech aus Eisen- oder Nichteisenmetallen. Zum Einsetzen des Bauteils 1 weist ein Befestigungsabschnitt der Baukomponente 8 ein Durchgangsloch auf, welches der Kontur des Umformabschnitts 4 angepasst ist. Durch das Bauteil 1 können auch mehrere übereinanderliegende Schichten der Baukomponente 8 verbunden werden. Dazu weisen sämtliche übereinanderliegende Schichten der Baukomponente 8 ein Durchgangsloch auf. Die Baukomponente 8 kann auf der Seite, auf der ein Gegenflansch ausgebildet werden soll, eine Form mit definiertem Volumen zum Bilden des Gegenflansches 4b und zur Aufnahme desselben aufweisen. Eine entsprechende Baukomponente 8 ist in 5e dargestellt.
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Nachstehend werden die generischen Merkmale des Bauteil 1 beschrieben. Einzelne, für das Fließschabeverfahren geeignete Ausführungen von Bauteilen werden später mit Bezug auf die 2a bis 9c beschrieben. Für das Bauteil 1 sind grundsätzlich alle plastisch verformbaren Materialien geeignet. Vorwiegend werden metallische Werkstoffe, insbesondere hoch- und niedrig legierte Kohlenstoffstähle verwendet. Auch Edelstähle (austenitisch, ferritisch, martensitisch) und nicht Eisenmetalle (Ne-Metalle) wie Aluminium, Kupfer etc. sind bearbeitbar. Das Bauteil 1 kann beispielsweise als Hülse oder Bolzen ausgeführt sein und umfasst einen als Flansch ausgebildeten Kopf 2 und einen Schaft 3, der sich vom Kopf 2 ausgehend erstreckt. Der Schaft 3 des Bauteils 1 weist einen dem Kopf 2 benachbarten Umformabschnitt 4 auf. Der Umformabschnitt 4 geht über die sich kegelförmig zum Schaftende verjüngende Einlaufschräge 6 in einen angrenzenden Schaftbereich über. Das Schaftende des Bauteils 1 ist angefast, um das Einsetzen des Schafts 3 in die Öffnung des Werkzeugs zu erleichtern. Der Umformabschnitt 4 weist im Querschnitt beispielsweise ein rundes, ovales, eckiges Voll- oder Hohlprofil aufweisen. Weist der Umformabschnitt 4 einen nicht runden Querschnitt auf, so sichert er das Bauteil 1 im Zusammenspiel mit einer entsprechend geformten Öffnung der Baukomponente gegenüber einer Verdrehung in der Öffnung. Die Höhe und Dicke des Umformabschnitts 4 richten sich sowohl nach dem Umformbarkeitsgrenzen des Materials, als auch nach der Geometrie des Flansches 4b, der ohne Materialverlust („Volumenkonstanz”) erzeugt werden soll. Die Größe und Form des Umformabschnitts 4 richtet sich aber insbesondere nach der Art der Belastung an der gefertigten Baukomponente 8 im Betriebszustand. Die Belastungsarten an den Komponenten 8 können Ausstoß- und Ausknöpfkräfte, Biege- und Drehmomente und Kombinationen von diesen sein. Bei axialer Belastung und/oder Biegebelastung der gefertigten Baukomponente 8 im Betriebszustand ist es hilfreich, wenn die Form des Umformabschnitts 4 ein Zylinder mit Einlaufschräge 6 zum Schaft 3 hin ist. Der Befestigungsabschnitt der Baukomponente 8 weist eine als Öffnung ausgebildete und entsprechend profilierte Aufnahme zum Aufnehmen des Bauteils 1 auf, die selbsttätiges, lagegerichtetes Positionieren des Bauteils 1 über die Einlaufschräge 6 gewährleistet. Bei Verdrehbeanspruchungen der Baukomponente 8 im Betriebszustand ist es hilfreich, wenn sich vom Kopf 2 des Bauteils in Richtung des Schafts 3 ein Verdrehsicherungselement 5 erstreckt. Im Übergangsbereich vom Kopf zum Verdrehsicherungselement 5 bzw. Umformabschnitt 4 sind üblicherweise kleine Radien vorgesehen. Dieses Verdrehsicherungselement 5 kann in Form von z. B. Rippen oder Sechskanten geschaffen werden und wird beim Einpressprozess in das Material der Baukomponente 8 eingeprägt. Dadurch wird ein Formschluss zur Aufnahme von Drehmomenten zwischen dem Bauteil 1 und der Baukomponente 8 ermöglicht. Dabei kann das Verdrehsicherungselement ein flaches, eckiges Profil an der Kopfunterseite des Bauteils 1 aufweisen, wobei der Umformabschnitt 4 als Zylinder mit Einlaufschräge 6 ausgebildet ist. Der Formschluss kann jedoch auch durch ein spezielles Schaftprofil (z. B. Vierkant oder Sechskant) des Umformabschnitts 4 erzeugt werden. Dazu ist es von Vorteil, wenn der Umformabschnitt 4 als Verdrehsicherungselement 5 ausgebildet ist.
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1a zeigt einen ersten Schritt des Fließschabevorgangs, insbesondere das Fließschabewerkzeug und das in die Baukomponente 8 eingesetzte Bauteil 1 in einem Schnitt entlang der Werkzeugachse 18 in der Zuführposition, wobei sich der Pressenstößel 17 im oberen Totpunkt befindet. In 1a befindet sich das mit der Baukomponente 8 bereits vormontierte Bauteil 1 im Werkzeug. Das Bauteil 1 ist in das Durchgangsloch der Baukomponente 8 eingesetzt, so dass sich der Kopf 2 und der Umformabschnitt 4 des Bauteils 1 auf unterschiedlichen Seiten der Baukomponente 8 befinden. Das Bauteil 1 ist seiner Längsrichtung nach entlang der Werkzeugachse 18 ausgerichtet. Der sich unterhalb des Umformabschnitts 4 befindliche Schaftabschnitt befindet sich in der Öffnung des Werkzeugs 11, das im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der untere Schaftabschnitt. Die kegelförmige Mantelfläche der Einlaufschräge 6 liegt an der oberen Kante der Öffnung des Werkzeugs 11 an. Der Befestigungsabschnitt der Baukomponente 8, in den das Bauteil 1 eingesetzt ist, stützt sich auf dem gegenüber dem Rand des Werkzeugs 11 erhöhten Rand des Matrizenmantels 12 ab. Durch das Federpaket 14 wird der Matrizenmantel 12 in die in 1 dargestellte, gegenüber dem Werkzeug 11 erhöhte Lage gedrängt. Die Position des Matrizenmantels 12 ist gegenüber dem Werkzeug 11 in etwa um die Höhe Umformabschnitts 4 des Bauteils 1 (abzüglich der Dicke der Baukomponente 8) erhöht.
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1b zeigt einen zweiten Schritt des Fließschabevorgangs, insbesondere die Fließschabevorrichtung 10 und das in die Baukomponente 8 eingesetzte Bauteil 1 in einem Schnitt entlang der Werkzeugachse 18 in einem Zustand, in dem der Einpressvorgang beendet ist und sich der Pressenstößel 17 im unteren Totpunkt befindet. Mit Bezug auf 1b wird der Einpressvorgang des Bauteils 1 beschrieben. Dazu wird der Stempel 17 entlang der Werkzeugachse 18 nach unten gefahren und mit einer Presskraft P in Richtung der Werkzeugachse auf den Kopf 2 des Bauteils 1 gepresst. Über den Kopf 2 wird die Presskraft P des Stempels 17 auf die Baukomponente 8 und auf den Matrizenmantel 12 übertragen. Infolgedessen bewegt sich der Matrizenmantel 12 entgegen der Federkraft des Federpakets 14 entlang der Werkzeugachse 18 in Richtung der Werkzeuggrundplatte 15, und die Einlaufschräge 6 des Bauteils 1 wird gegen das Werkzeug 11 gepresst. Dabei wird das Bauteil 1 über die Einlaufschräge 6 in der Öffnung des Werkzeugs 11 zentriert, und das Material am unteren Teil des verdickten Umformabschnitts 4 des Bauteils 1 wird durch die Kante an der Öffnung des Werkzeugs 11 geschabt und in dem definierten Volumen der Form an der Mündung des Werkzeugs 11 in einem Fließschabevorgang zu einem Gegenflansch 4b kalt umgeformt. Alternativ oder zusätzlich kann der Gegenflansch 4b auch in der Form mit definiertem Volumen an der Unterseite der Baukomponente 8 geformt werden, wie in 5e dargestellt ist. Wenn der Einpressvorgang beendet ist und der Pressstempel 17 sich im unteren Totpunkt befindet, ist der Gegenflansch 4b vollständig ausgeformt. Der Gegenflansch 4b füllt das definierte Volumen, der sich an der Mündung des Werkzeugs 11 befindlichen Form im Wesentlichen voll aus. Wie insbesondere in der vergrößerten Ansicht der 1e zu erkennen ist, weitet sich der in der Öffnung der Baukomponente 8 befindliche Abschnitt des Umformabschnitts 4 in radialer Richtung nicht auf. Der Spalt zwischen dem Umformabschnitt 4 und dem Rand der Öffnung der Baukomponente 8 bleibt auch nach dem Ausbilden des Gegenflansches 4b im Wesentlichen erhalten. Folglich bleibt auch die Form der Baukomponente 8 im Bereich der Öffnung nach dem Bilden des Gegenflansches 4b mittels des Fließschabevorgangs im Wesentlichen erhalten. Der neu mittels Fließschaben erzeugte Flansch 4b hat an seinen Übergängen zum Schaft 3 Radien, wobei sich der Radius der Fließschabevorrichtung 10 abbildet. Um eine Spanbildung beim Fließschaben zu vermeiden, wird ein Radius > 0,2 mm verwendet. Radien über 1,5 mm führen zu enorm hohen Umformkräften und sind deshalb zu vermeiden.
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1c zeigt einen dritten Schritt des Fließschabevorgangs, insbesondere die Fließschabevorrichtung 10 und das in die Baukomponente 8 eingesetzte Bauteil 1 in einem Schnitt entlang der Werkzeugachse 18 in der Auswerfposition, wobei sich der Pressenstößel 17 im oberen Totpunkt befindet und wobei die Baukomponente 8 mit eingepresstem Bauteil 1 aus der Vorrichtung 10 ausgeworfen wird. Wenn der Stempel 17 wieder in den oberen Totpunkt gefahren wird, drückt die Federkraft des Federpakets 14 den Matrizenmantel 12 wieder in die in 1 dargestellte, gegenüber dem Werkzeug 11 versetzte Lage. Dadurch wird das mit der Baukomponente 8 verpresste Bauteil 1, insbesondere der Gegenflansch 4b aus der an der Mündung des Werkzeugs 11 befindlichen Form gedrückt. Zusätzlich wird eine Auswerfkraft PA in Richtung der Werkzeugachse 18 durch den Auswerfer 16 aufgebracht, wobei der Auswerfer 16 gegen das gefaste, untere Ende des Schafts 3 drückt und das eingepresste Bauteil 1 aus der Öffnung des Werkzeugs 11 wirft. Damit ist der Fließschabevorgang beendet und kann mit dem in 1a beschriebenen Zustand neu beginnen.
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Nachstehend werden verschiedene Bauteile dargestellt, die sich für das oben beschriebene Fließschabeverfahren eignen.
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2a zeigt eine Unteransicht einer Distanzhülse 1 als erstes Ausführungsbeispiel eines für das Fließschabeverfahren geeigneten Bauteils, die mittig eine durchgehende Öffnung aufweist. Zu sehen sind in radialer Richtung von innen nach außen zunächst der untere Rand des Schafts 3, die Einlaufschräge 6 und der als Flansch ausgebildete Kopf 2, wobei der Schaft 3, die Einlaufschräge 6 und der Kopf 2 in dieser Darstellung die Form von konzentrischen Ringen haben.
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2b zeigt eine Ansicht auf die Distanzhülse 1 von der Seite. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt die Außenseite der Distanzhülse 1 und die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung der Distanzhülse 1. Zu sehen ist der als Flansch ausgebildete Kopf 2, der dem Kopf 2 benachbarte, gegenüber dem angrenzenden Schaftabschnitt verdickte Umformabschnitt 4 und die kegelförmige Einlaufschräge 6 zwischen dem Umformabschnitt 4 und dem Schaft 3. Der Umformabschnitt 4 hat eine zylindrische Mantelfläche und in etwa die 1½-fache bis doppelte Wandstärke des an den Umformabschnitt 4 angrenzenden Schaftabschnitts 3. Die Neigung der Einlaufschräge gegenüber der Mittelachse der Distanzhülse beträgt ca. 45°.
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2c zeigt eine Gesamtansicht der Distanzhülse 1.
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2d zeigt eine Unteransicht des bereits in die Baukomponente 8 eingepressten Bauteils 1. Radial von innen nach außen sind der Schaft 3 sowie der ausgebildete Gegenflansch 4b als konzentrische Kreise um die Mittelachse der Distanzhülse 1 dargestellt.
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2e zeigt eine halbseitige Schnittansicht der in zwei übereinanderliegende Baukomponenten 8 eingepressten Distanzhülse 1. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt die Außenansicht auf die Einpressverbindung und die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung des eingepressten Bauteils 1. Der Umformabschnitt 4 wurde zum Gegenflansch 4b ausgebildet. Der als Flansch ausgebildete Kopf 2 und der Gegenflansch 4b pressen die zwei übereinanderliegenden Schichten der Baukomponente 8 zusammen. Der Spalt zwischen dem unverformten Bereich 4a des Umformabschnitts 4 und dem Rand der Öffnung in der Baukomponente 8 bleibt im Wesentlichen erhalten.
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Die 3a bis 3e zeigen eine Distanzhülse mit Langloch als zweites Ausführungsbeispiel eines für das Fließschabeverfahren geeigneten Bauteils 1 im unverformten Zustand sowie im Einpresszustand.
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3a zeigt eine Unteransicht einer Distanzhülse 1 mit mittiger Langlochöffnung. Zu sehen sind in radialer Richtung von innen nach außen zunächst der untere Rand des Schafts 3, die Einlaufschräge 6 und der als Flansch ausgebildete Kopf 2, wobei der Schaft 3, die Einlaufschräge 6 und der Kopf 2 in dieser Darstellung die Form von konzentrischen Ovalflächen haben.
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3b zeigt eine Ansicht auf die Distanzhülse 1 mit Langloch von der Seite. Das Wandprofil der Distanzhülse 1 mit Langloch gleicht im Wesentlichen dem Wandprofil der Distanzhülse 1 aus 2b.
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3c zeigt eine Gesamtansicht der Distanzhülse 1 mit Langloch.
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3d zeigt eine Unteransicht des bereits in die Baukomponente 8 eingepressten Bauteils 1. Radial von innen nach außen sind der Schaft 3 sowie der ausgebildete Gegenflansch 4b als konzentrische Ovalflächen dargestellt.
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3e zeigt eine halbseitige Schnittansicht der in zwei übereinanderliegende Baukomponenten 8 eingepressten Distanzhülse 1 mit Langloch. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt die Außenansicht auf die Einpressverbindung und die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung des eingepressten Bauteils 1. Die Ansichten beider Zeichnungshälften gleichen im Wesentlichen den Ansichten der 2e.
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Die 4a bis 4e zeigen eine Flanschmutter mit sechskantigem Fließschabebefestigungsteil für ebene Anlageflächen als drittes Ausführungsbeispiel eines für das Fließschabeverfahren geeigneten Bauteils 1. 1a zeigt eine Unteransicht der Flanschmutter. Zu sehen ist der untere Rand des Schafts 3. Radial außerhalb des Schafts 3 ist die Einlaufschräge 6 angeordnet, die die zylindrische Kontur des Schafts 3 mit der verdickten hexagonalen Struktur des Umformabschnitts 4 verbindet. Radial außerhalb des hexagonalen Rands des Umformabschnitts 4 ist der durch eine Kreiskontur begrenzte, als Flansch ausgebildete Kopf 2 des Bauteils 1 zu sehen.
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4b zeigt eine halbseitige Schnittansicht der Flanschmutter aus 4a. Der Kopf 2 weist auf der dem Schaft 3 gegenüberliegenden Seite einen Sechskant zum Ansetzen eines Werkzeugs auf. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt die Außenseite der Flanschmutter 1 und die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung der Flanschmutter 1. Der als Sechskant ausgebildete obere Teil des Kopfes 2 umfasst ein Innengewinde 7 innerhalb der in Längsrichtung durch die Flanschmutter durchgehenden Bohrung. Unterhalb des Kopfes 2 befindet sich der hexagonale Umformabschnitt 4, der über die Einlaufschräge 6 in den angrenzenden Schaftbereich übergeht.
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4c zeigt eine Gesamtansicht der Flanschmutter aus 4a und 4b.
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4d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Bauteils 1. Radial von innen nach außen sind der Schaft 3, der als Gegenflansch ausgebildete Umformabschnitt 4b sowie die Unterseite der Baukomponente 8 zu sehen. Bedingt durch die Kontur des Umformabschnitts 4 im unverformten Zustand weist der Gegenflansch 4b eine sechskantige Kontur auf.
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4e zeigt eine halbseitige Schnittansicht des eingepressten Bauteils 1. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt die Außenansicht der Einpressverbindung und die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht durch die Wandung des Bauteils 1. Zwischen dem als Flansch ausgebildeten Kopf 2 und dem als Gegenflansch 4b ausgebildeten Umformabschnitts 4 ist die Baukomponente 8 eingepresst. Der Spalt zwischen dem unbearbeiteten Bereich des Umformabschnitts 4 in der Öffnung der Baukomponente 8 und der Wandung der Öffnung bleibt auch nach dem Bilden des Gegenflansches 4b erhalten.
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Die 5a bis 5d entsprechen im Wesentlichen den 4a bis 4d. Zu sehen ist jeweils eine Flanschmutter 1 mit sechskantigem Fließschabebefestigungsteil für ebene Anlageflächen als viertes Ausführungsbeispiel eines für das Fließschabeverfahren geeigneten Bauteils. In der in 5e dargestellten Schnittansicht durch das eingepresste Bauteil 1 ist zu sehen, dass der Gegenflansch 4b vollständig innerhalb einer an der Unterseite der Baukomponente 8 angeordneten Form mit definierter Gestalt und definiertem Volumen ausgebildet ist. Dies ist generell bei allen anderen Ausführungsbeispielen des Bauteils 1 auch möglich. Die Unterseite des Gegenflansches 4b verläuft fluchtend zu der umliegenden Unterseite der Baukomponente 8. Der Gegenflansch 4b füllt die Form an der Unterseite der Baukomponente 8 im Wesentlichen vollständig aus, d. h. das Volumen des umgeformten Materials des Umformabschnittes 4 ist genau auf das definierte Volumen der Form abgestimmt. Dadurch wird das optische und ästhetische Erscheinungsbild der Einpressverbindung verbessert und insbesondere eine ebene Anlagefläche geschaffen. Überdies kann durch eine nicht-runde Kontur der Einpressform auf einfache Weise eine Verdrehsicherung des Bauteils 1 gegenüber der Baukomponente 8 geschaffen werden.
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6a bis 6e zeigen einen Distanzbolzen 1 als fünftes Ausführungsbeispiel eines für das Fließschabeverfahren geeigneten Bauteils, bei dem der Formschluss mit der Baukomponente 8 durch ein vierkantiges Schaftprofil im Bereich des Umformabschnitts 4 herbeigeführt wird. Der Umformabschnitt 4 ist dabei als Verdrehsicherungselement 5 ausgebildet. Die Bohrung durch die mehrschichtige Baukomponente 8 ist zur Aufnahme von Anziehdrehmomenten bei der Montage dem Querschnitt des Umformabschnitts 4 entsprechend profiliert.
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6a zeigt eine Unteransicht des Distanzbolzens 1. Radial von innen nach außen ist der untere Rand des Schafts 3 als Ring zu sehen, der von der in den im Wesentlichen quadratischen Umformabschnitt 4 übergehenden Einlaufschräge 6 umgeben ist. Die Mantelfläche der Einlaufschräge 6 ist im Wesentlichen kegelförmig und hat, bedingt durch den quadratischen Querschnitt des Umformabschnitts 4, einen im Wesentlichen gewellten oberen Rand. Radial außerhalb der Einlaufschräge 6 und des Randes des Umformabschnittes 4, ist die im Wesentlichen ovale Unterseite des als Flansch ausgebildeten Kopfes 2 zu sehen.
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6b zeigt eine halbseitige Schnittansicht des Distanzbolzens 1 aus 6a. Die linke Seite der Zeichnung zeigt die Außenseite des Distanzbolzens 1 und die rechte Seite der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung des Distanzbolzens 1. In der linken Hälfte sind insbesondere die gerundeten Bereiche am Kopf 2 des Bauteils 1 sowie die Einlaufschrägen 6 mit ausgeprägten Sichtkanten angedeutet. Das Schnittprofil an der Außenkontur des Distanzbolzens entspricht im Wesentlichen dem der vorherigen Ausführungsbeispiele.
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6c zeigt eine Gesamtansicht des Distanzbolzens des fünften Ausführungsbeispiels.
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6d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Distanzbolzens 1 des fünften Ausführungsbeispiels. Dargestellt ist in radialer Richtung von innen nach außen der untere Rand des Schafts 3 als Ring, umgeben von der gestrichelten Linie, die die Kontur des unverformten Bereichs 4a des Umformabschnitts 4 andeutet. Diese befindet sich innerhalb der Öffnung der Baukomponente 8 und bleibt beim Umformen der Umformabschnitts mittels des Fließschabevorgangs im Wesentlichen unverformt, ebenso wie die Form der Baukomponente 8 im Bereich der Öffnung. Der unverformte Bereich 4a des Umformabschnitts 4 hat daher nach wie vor eine quadratische Kontur mit abgerundeten Ecken. Im Wesentlichen die gleiche Kontur hat der als Gegenflansch ausgebildete umgeformte Bereich 4b des Umformabschnitts 4. Dieser bedeckt jedoch eine größere Fläche als der unverformte Bereich 4a. Radial außerhalb des zum Gegenflansch 4b ausgebildeten Bereichs des Umformabschnitts 4 ist die Kontur des Kopfes 2 des Bauteils 1 angedeutet.
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Die 6e zeigt eine halbseitige Schnittansicht des eingepressten Distanzbolzens 1. Die linke Seite der Zeichnung zeigt eine Außenansicht auf die Verbindung und die rechte Seite der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung entlang der Längsachse des Distanzbolzens 1. Die übereinanderliegenden Schichten der Baukomponente 8 werden von dem als Flansch ausgebildeten Kopf 2 sowie dem als Gegenflansch 4b ausgebildeten Bereich des Umformabschnitts 4 eingepresst. Der Spalt zwischen dem unverformten Bereich 4a des Umformabschnitts 4 und der Innenwand der Öffnung der Baukomponente 8 bleibt auch nach dem Umformen des Umformabschnitts 4 zum Gegenflansch 4b erhalten.
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Die 7a bis 7e zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel des Bauteils, insbesondere eine Gewindeeinpresshülse 1, bei der ein Formschluss mit der Baukomponente 8 durch einen sich einprägenden Sechskant 5 zur Aufnahme von Anziehdrehmomenten bei der Montage herbeigeführt werden soll. Der Sechskant dient dabei als Verdrehsicherungselement 5.
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7a zeigt eine Unteransicht der Gewindeeinpresshülse 1. In einer radialen Richtung sind ausgehend von der als Punkt dargestellten Längsachse der Gewindeeinpresshülse 1 der untere Rand des Schafts 3 und die Einlaufschräge 6 als konzentrische Kreise dargestellt. Radial außerhalb der Einlaufschräge 6 ist das Verdrehsicherungselement 5 mit hexagonaler Außenkontur dargestellt. Radial außerhalb des Verdrehsicherungselements 5 ist die von einer Kreiskontur begrenzte Unterseite des als Flansch ausgebildeten Kopfes 2 des Bauteils 1 zu sehen.
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7b zeigt eine halbseitige Schnittansicht der Gewindeeinpresshülse der 7a. Die linke Seite der Zeichnung zeigt eine Außenansicht auf die Gewindeeinpresshülse 1 und die rechte Seite der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die Wandung entlang der Mittelachse der Gewindeeinpresshülse 1. In der rechen Hälfte der Zeichnung der 7b ist zu erkennen, dass das Verdrehsicherungselement 5 an der Seite des Kopfes 2, von der sich der Schaft 3 erstreckt, in Richtung des Schaftes 3 hervorsteht. Dieses eckige bzw. kantige Verdrehsicherungselement 5 ist dazu gedacht, sich beim Einpressen des Bauteils 1 in das Material der Baukomponente 8 hineinzudrücken und einzuprägen. Um das Material der Baukomponente 8 dabei so wenig wie möglich zu beanspruchen, beträgt die Höhe des Verdrehsicherungselements 5, gemessen von der Auflagefläche an der Unterseite des Kopfes 2, vorzugsweise weniger als ein Millimeter, bevorzugt ca. 0,2 mm. Diese Bauhöhe reicht aus, um durch das Verdrehsicherungselement 5 eine Verdrehsicherung des eingepressten Bauteils 1 gegenüber der Baukomponente 8 zu erreichen. Angrenzend an den Kopf 2 mit angeformtem Verdrehsicherungselement 5 ist der Umformabschnitt 4 dargestellt, gefolgt von der sich zum Schaftende verjüngenden Einlaufschräge 6 mit kegelförmiger Mantelfläche und dem daran angrenzenden Schaftabschnitt.
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7c zeigt eine Gesamtansicht der Gewindeeinpresshülse des sechsten Ausführungsbeispiels.
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7d zeigt eine Unteransicht der einpressten Gewindeeinpresshülse 1. Ausgehend von der als Punkt dargestellten Mittelachse der Gewindeeinpresshülse 1 ist zunächst das Innengewinde 7 am Schaftende dargestellt, gefolgt von dem als Ring dargestellten unteren Rand des Schafts 3. Radial außerhalb des Schafts 3 ist mit einem gestrichelten Kreis die Kontur des unverformten Bereichs 4a des Umformabschnitts 4 angedeutet. Weiter radial außerhalb des gestrichelten Kreises ist ein gestricheltes Hexagon gezeigt, das die Kontur des sich in die Oberfläche der Baukomponente 8 eindrückenden Verdrehsicherungselements 5 andeutet. Der weiter radial außerhalb folgende durchgezogene Kreis zeigt die Außenkontur des zum Gegenflansch 4b umgeformten Umformabschnitts 4. Der äußerste gestrichelte Kreis deutet die Außenkontur des Kopfes 2 des Bauteils 1 an.
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In 7e ist eine Schnittansicht entlang der Mittelachse der Gewindeeinpresshülse des sechsten Ausführungsbeispiels zu sehen. Unterhalb des Kopfes 2 ist durch die gestrichelte Linie die ursprüngliche Kontur der Baukomponente 8 zu sehen. Dabei ist dargestellt, wie sich das Verdrehsicherungselement 5 in das Material der Baukomponente 8 einprägt. Durch die geringe Höhe des Sechskants wird die Wandstärke der Baukomponente 8 im Bereich der Öffnung nur geringfügig verändert. Die Kopfunterseite des Bauteils 1 liegt im Wesentlichen eben auf der Oberseite des Befestigungsabschnitts der Baukomponente 8 auf. Auf der dem Kopf 2 gegenüberliegenden Seite der Baukomponente 8 ist der als Gegenflansch 4b ausgebildete, umgeformte Bereich des Umformabschnitts 4 dargestellt, der sich jedoch nicht in das Material der Baukomponente 8 eindrückt. Durch eine gestrichelte Linie wird die ursprüngliche Kontur des unverformten Umformbereichs 4a angedeutet.
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Die 8a bis 8b zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel des Bauteils 1, insbesondere einen Gewindeeinpressbolzen 1, wobei ein Formschluss durch ein sechskantiges Schaftprofil 5 im Bereich des Umformabschnitts 4 im Zusammenspiel mit einer entsprechend profilierten Bohrung in der Baukomponente 8 zur Aufnahme von Anziehdrehmomenten bei der Montage herbeigeführt werden soll.
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8a zeigt eine Unteransicht des Gewindeeinpressbolzens 1 des siebten Ausführungsbeispiels. Ausgehend von der als Punkt dargestellten Mittelachse des Gewindeeinpressbolzens 1 ist zunächst der untere Rand des Schafts 3 mit Außengewinde 7 angedeutet. Radial außerhalb des Schafts 3 ist die im Wesentlichen kegelförmige Mantelfläche der Einlaufschräge 6 dargestellt, die nach außen von der hexagonalen Kontur des als Verdrehsicherungselement 5 ausgebildeten Umformabschnitts 4 begrenzt wird. Radial außerhalb des Umformabschnitts 4 ist die Unterseite des als Flansch ausgebildeten Kopfes 2 des Bauteils 1 zu sehen.
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8b zeigt eine Seitenansicht des Gewindeeinpressbolzens 1 aus 8a. Zu sehen ist von oben nach unten der Kopf 2 des Bauteils 1, gefolgt von dem als sechskantiges Verdrehsicherungselement 5 ausgebildeten Umformabschnitt 4, der sich verjüngenden Einlaufschräge 6 und dem angrenzenden Schaftabschnitt mit Außengewinde 7. Im Übergangsbereich vom Kopf zum Verdrehsicherungselement 5 bzw. Umformabschnitt 4 sind kleine Radien vorgesehen.
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8c zeigt eine Gesamtansicht des Gewindeeinpressbolzens 1.
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8d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Gewindeeinpressbolzens 1. Ausgehend den von der als Punkt dargestellten Mittelachse des Gewindeeinpressbolzens 1 ist in einer radialen Richtung von innen nach außen der untere Rand des Schafts 3 mit Außengewinde 7 als Kreis, und die Kontur des unverformten Bereichs 4a des Umformabschnitts 4 als gestricheltes Hexagon sowie die Kontur des zum Gegenflansch ausgebildeten Bereichs 4b des Umformabschnitts 4 als durchgezogenes Hexagon dargestellt. Radial außerhalb der Kontur des Gegenflansches 4b ist mit einem gestrichelten Kreis die Kontur des Kopfes 2 des Bauteils angedeutet.
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8e zeigt eine Schnittansicht des eingepressten Bauteils 1 in einem Schnitt entlang der Längsachse. Die Baukomponente 8 wird zwischen dem Kopf 2 des Bauteils 1 und dem als Gegenflansch 4b ausgebildeten, umgeformten Bereich des Umformabschnitts 4 eingepresst. Die Form der Baukomponente 8 im Bereich der Öffnung bleibt im Wesentlichen erhalten. Ebenso bleibt der Spalt zwischen dem unverformten Bereich 4a des Umformabschnitts 4 und dem Innenrand der Öffnung durch die Baukomponente 8 im Wesentlichen erhalten. Durch eine gestrichelte Linie ist unterhalb des Kopfes 2 des Bauteils 1 der unverformte Zustand des Umformabschnitts 4 dargestellt.
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Die 9a bis 9c zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel des Bauteils 1, insbesondere ein Lagerbolzen mit Positionierungs- und Arretierungsfunktion ohne Formschluss. Die 9a zeigt eine Seitenansicht des Lagerbolzens 1. Von oben nach unten ist der Kopf 2 mit angrenzendem Umformabschnitt 4, die kegelförmige Einlaufschräge 6 und der angrenzende Schaftabschnitt dargestellt. Das Schaftende ist mit einer Fase versehen und die Endfläche des Schaftes 3 ist nach innen gewölbt.
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9b zeigt eine Gesamtansicht des Lagerbolzens 1.
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9c zeigt einen Teilschnitt des eingepressten Lagebolzens 1. Der Befestigungsabschnitt der Baukomponente 8 wird zwischen dem als Flansch ausgebildeten Kopf 2 des Bauteils 1 und dem als Gegenflansch 4b ausgebildeten, umgeformten Abschnitt des Umformabschnitts 4 eingepresst. Die Form der Baukomponente 8 bleibt insbesondere im Bereich der Durchgangsöffnung im Wesentlichen erhalten.
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10a zeigt eine Unteransicht des Gewindeeinpressbolzens 1 des neunten Ausführungsbeispiels. Ausgehend von der als Punkt dargestellten Mittelachse des Gewindeeinpressbolzens 1 ist der untere Rand des Schafts 3 mit Außengewinde 7 dargestellt. Radial außerhalb des Schafts 3 ist die kegelförmige Mantelfläche der Einlaufschräge 6 zu sehen. Die Einlaufschräge 6 verbindet die zylindrischen Konturen des Schafts 3 und des Umformabschnitts 4. Radial außerhalb des Umformabschnitts 4 ist an der Unterseite des als Flansch ausgebildeten Kopfes 2 ein hexagonales Verdrehsicherungselement 5 zu sehen. Das Verdrehsicherungselement 5 steht von der Unterseite des Kopfes ca. 0,2 mm hervor.
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10b zeigt eine Seitenansicht des Gewindeeinpressbolzens 1 aus 10a. Vor oben nach unten geht der Kopf 2, von dessen Unterseite das Verdrehsicherungselement 5 hervorsteht, in den Umformabschnitt 4 über. Unmittelbar unterhalb schließt die sich verjüngende Einlaufschräge 6 und der angrenzende Schaftabschnitt mit Außengewinde 7 an. Im Übergangsbereich vom Kopf zum Verdrehsicherungselement 5 bzw. Umformabschnitt 4 sind kleine Radien vorgesehen.
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10c zeigt eine Gesamtansicht des Gewindeeinpressbolzens 1.
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10d zeigt eine Unteransicht des eingepressten Gewindeeinpressbolzens 1. Dabei wird ein Formschluss zwischen dem Bauteil 1 und der Baukomponente 8 durch den eingeprägten Sechskant als Verdrehsicherungselement 5 bewerkstelligt, was zur Aufnahme von Anziehdrehmomenten bei der Montage dient. Ausgehend von der als Punkt dargestellten Mittelachse des Gewindeeinpressbolzens 1 ist in einer radialen Richtung von innen nach außen der untere Rand des Schafts 3 mit Außengewinde 7 als durchgezogener Kreis bzw. ¾-Kreis, die Kontur des unverformten Bereichs 4a des Umformabschnitts 4 als gestrichelter Kreis und schließlich die Kontur des zum Gegenflansch ausgebildeten Bereichs 4b des Umformabschnitts 4 wiederum als durchgezogener Kreis dargestellt. Radial außerhalb der Kontur des Gegenflansches 4b ist mit einem gestrichelten Sechskant die Kontur des Verdrehsicherungselements 5 angedeutet.
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10e zeigt eine Teilschnittansicht des eingepressten Bauteils 1. Dabei umfasst die Baukomponente 8 ein oberes und unteres Stanzteil. Das obere Stanzteil hat eine Öffnung, in die ein aus der Ebene des unteren Stanzteils auskragender Abschnitt ragt. Der auskragende Abschnitt des unteren Stanzteils wird formschlüssig in der Öffnung des oberen Stanzteils aufgenommen und schließt im Wesentlichen bündig mit der Oberseite des oberen Stanzteil ab. Der auskragende Abschnitt des unteren Stanzteils umfasst selbst eine mittige Öffnung zur Aufnahme des Bauteils 1. An der Unterseite des auskragenden Abschnitts des unteren Stanzteils ist eine Form mit definiertem Volumen und definierter Kontur zur Bildung des Gegenflansches vorgesehen. Im Einpresszustand werden die oberen und unteren Stanzteile zwischen dem Kopf 2 des Bauteils 1 und dem als Gegenflansch 4b ausgebildeten, umgeformten Bereich des Umformabschnitts 4 eingepresst. Dabei wird der als Verdrehsicherungselement 5 ausgebildete Sechskant in Einpressrichtung in sowohl die Oberfläche des oberen Stanzteils als auch in den bündig daran anschließenden auskragenden Abschnitt des unteren Stanzteils eingeprägt. Der Gegenflansch wird in der Form unter dem auskragenden Abschnitt des unteren Stanzteils ausgebildet, so dass die Unterseite des Flansches fluchtend zu der Unterseite des unteren Stanzteils verläuft. Dabei bleibt die Dicke der oberen und unteren Stanzteile auch nach der Ausbildung des Gegenflansches im Wesentlichen erhalten. Durch diese Gestaltungsform wird die Verbindung wasserdicht gestaltet. Gleichzeitig wird die Verstellmöglichkeit eines an das unteren Stanzteil anschließenden Stützrohres insbesondere in radialer Richtung nicht eingeschränkt. Weil die Flanschunterseite fluchtend zu der Unterseite des unteren Stanzteils verläuft, kann das Stützrohr in radialer Richtung bis an den Schaft 3 gefahren werden. Durch eine gestrichelte Linie ist unterhalb des Kopfes 2 des Bauteils 1 der unverformte Zustand des Umformabschnitts 4 angedeutet.
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Die 11a bis 11e zeigen eine weitere Ausführung des Fließschabeverfahrens, wobei Flansch und Gegenflansch eines Bauteils 1 gleichzeitig durch Kaltumformen der Umformabschnitte mittels eines Fließschabevorgangs geformt werden.
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Die 11a zeigt einen ersten Schritt der weiteren Ausführung des Fließschabeverfahrens. Das Bauteil 1 umfasst im Wesentlichen einen zylindrischen Schaft mit einem verdickten, mittigen Umformabschnitt 4. Beidseitig anschließend an den Umformabschnitt 4 befinden sich die Einlaufschrägen 6, die sich zu den Schaftenden verjüngen. Anstelle eines einstückigen Umformabschnitts 4 können auch zwei voneinander getrennte Umformabschnitte vorgesehen sein. Ähnlich wie in den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Bauteil 1 als Hülse oder Bolzen ausgestaltet sein, und mit oder ohne Verdrehsicherungselement 5 versehen sein. Denkbar ist, dass zumindest einer der Umformabschnitte 4 selbst als Verdrehsicherungselement 5 ausgebildet ist. Hierzu kann der Umformabschnitt 4 mehrkantig, vorzugsweise als Sechskant, ausgebildet sein.
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Bei der weiteren Ausführung des Fließschabeverfahrens werden im Prinzip zwei gegenüberstehende Schabewerkzeuge 10 angewandt, die im Wesentlichen die im Zusammenhang mit den 1a bis 1c beschriebenen Merkmale aufweisen. Die Schabematrize 11 des zweiten, in der Zeichnung obenliegenden Schabewerkzeugs erfüllt dabei die Funktion des Stempels 17, und übt zum Einpressen des Bauteils 1 in die Baukomponente 8 eine Presskraft auf die in der Zeichnung obenliegende Einlaufschräge 6 aus. In der Darstellung der 1 werden die Schaftenden des Bauteils 1 in den Öffnungen der sich gegenüberstehenden Werkzeuge 11 aufgenommen. Der Umformabschnitt 4 erstreckt sich durch die Öffnung im Befestigungsabschnitt der Baukomponente 8 hindurch und steht zu beiden Seiten vorzugsweise gleich weit hervor. Die Baukomponente 8 wird zwischen den zwei sich gegenüberstehenden Matrizenmänteln 12 der beiden Vorrichtungen 10 aufgenommen und in Position gehalten. Die kegelförmigen Mantelflächen der Einlaufschrägen 6 liegen jeweils an den Kanten der Öffnungen der Werkzeuge 11 an.
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11b zeigt den Einpressvorgang. Über das Werkzeug 11 der in der Zeichnung oben liegenden Vorrichtung 10 wird eine Kraft erzeugt, die das Bauteil 1 in das Werkzeug 11 der in der Zeichnung unten liegenden Vorrichtung 10 presst. Dabei wird das Material des Umformabschnitts 4 von den Kanten an den Öffnungen der Scha-Werkzeuge 11 durch Kaltumformen mittels eines Fließschabevorgangs gezielt in den Flansch bzw. Gegenflansch überführt. Flansch und Gegenflansch werden zeitgleich zu beiden Seiten der Baukomponente 8 in den Formen mit definierten Volumen im Bereich der Öffnungen der Werkzeuge 11 geformt. Selbstverständlich ist auch möglich, die Formen zur Ausbildung des Flansches bzw. Gegenflanschens unmittelbar an der Baukomponente 8 vorzusehen.
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11c zeigt den Zustand nach dem bereits erfolgten Einpressvorgang. Zum Auswerfen des eingepressten Bauteils 1 aus der Vorrichtung wird das obere Werkzeug in die Ausgangsposition zurückgefahren. Analog zu dem unteren Werkzeug ist auch das obere Werkzeug mit einem eigenen Auswerfer versehen. Beim Zurückfahren des oberen Werkzeugs drückt der Auswerfer des oberen Werkzeugs das umgeformte Bauteil 1 aus dem Werkzeug 11. Aus dem unteren Werkzeug wird das eingepresste Bauteil 1 wie im Zusammenhang mit 1c beschrieben ausgeworfen.
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Die 11d und 11e zeigen jeweils vergrößerte Ansichten der umzuformenden bzw. umgeformten Bereiche des Bauteils.