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Dokumentenidentifikation DE69306134T2 03.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0553822
Titel Selbstsichernde Befestigung sowie Matrize zu ihrer Montage
Anmelder Multifastener Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Takahashi, Takao, Sagamihara Fact., Tokyo, 3-chome, Sagamihara-shi, Kanagawa, JP
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69306134
Vertragsstaaten AT, BE, DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.01.1993
EP-Aktenzeichen 931013270
EP-Offenlegungsdatum 04.08.1993
EP date of grant 27.11.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse F16B 37/06

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Mutter- und Tafel-Anordnung bzw. ein Mutter- und Tafel-Zusammenbauteil, die bzw. das das Mutterfügeelement umfaßt, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10, und ein Matrizenelement sowie ein Verfahren zum Installieren des Mutterfügeelements gemäß den Ansprüchen 14 bzw. 19. Die Oberbegriffe der Ansprüche 10, 14 und 19 spiegeln den aus der US-A-3,927,465 bekannten Stand der Technik wider, der sich unter anderem mit Lochungsmuttern befaßt, die in Massenherstellungsanwendungen und bei der Installationswerkzeugbestückung benutzt werden, nämlich eine verbesserte Matrize.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Lochungsmuttern, z.B. wie aus der US-A-3,927,465 bekannt, umfassen im allgemeinen einen vorstehenden zentralen Pilotabschnitt, der die Metalltafel- oder Platte, an der die Lochungsmutter anzubringen ist, locht, und der Pilotabschnitt wird dann durch die gelochte Tafelöffnung empfangen. Die Mutter wird dann an der Metalltafel mittels eines Matrizenelements angebracht, welches eine mechanische Verzahnung zwischen der Mutter und der Tafel bildet. Die Tafel kann durch das Matrizenelement in Nuten in der Mutter verformt werden, und/oder die Mutter kann verformt werden, um das Tafelmetall einzufangen.

Viele Lochungsmuttern werden von der Automobilindustrie dazu verwendet, Autos zusammenzubauen, in denen viele Komponenten der unterschiedlichsten Art an Metallplatten oder -tafeln angebracht werden. Lochungsmuttern werden beispielsweise dazu verwendet, Lampen und Blechteile am Fahrzeug anzubringen. Wenn derartige Teile angebracht werden, werden Schrauben oder Bolzen in das mit einem Gewinde versehene Loch in der Lochungsmutter geschraubt, und der Bolzen oder die Schraube wird mit Drehwerkzeugen, wie beispielsweise einem Drehmomentschlüssel, mit vorgeschriebenen Drehmomentwerten angezogen. Die Lochungsmutter muß daher einen Antidrehmoment- oder Drehwiderstand (die Kraft, die die Lochungsmutter davon abhält, sich innerhalb der Metallplatte zu drehen, wenn ein Bolzen in die Lochungsmutter geschraubt und festgezogen wird) aufweisen, um sie an der Metallplatte festzuhalten. Nachdem eine Komponente an der Lochungsmutter auf einer Metallplatte angebracht worden ist, wirken äußere Kräfte, wie beispielsweise auf ein Auto aufgebrachte Vibrations- und Zugkräfte, auf die Lochungsmuttern von der Hindurchzieh-Fichtung aus ein, um diese von der Metallplatte zu ziehen, an der sie angebracht sind. Daher muß jede Lochungsmutter einen ausreichenden Hindurchzieh-Widerstand (die Kraft, die die Lochungsmutter davon abhält, aus der Metallplatte herauszugeraten, wenn die Lochungsmutter und ein Bolzen in Eingriff stehen und die Kraft auf den Bolzen senkrecht zur Metallplatte aufgebracht wird) aufweisen, der stärker als diese äußeren Kräfte ist.

Wie erwähnt, ist der Drehmomentwert des Drehwerkzeugs oder Drehmomentschlüssels vorbestimmt, so daß der Drehwiderstand der Lochungsmutter in der Tafel ausreichend dafür sein sollte, diesem Drehmomentwert zu widerstehen, jedoch können die auf ein Auto aufgebrachten äußeren Kräfte oft nicht vorhergesagt werden. Daher muß der vorstehend erwähnte Hindurchzieh- Widerstand relativ hoch sein.

Wenn Lochungsmuttern in Metallplatten getrieben werden, werden die Lochungsmuttern der Installationswerkzeugbestückung kontinuierlich durch einen Auslaß einer Zufuhreinrichtung wie beispielsweise eines Trichters oder Magazins zugeführt. Somit wäre es vorzuziehen, wenn die Form der Lochungsmuttern die freie Veränderlichkeit der Anbringungsrichtung auf der Oberfläche der Metaliplatte gestatten würde. Mit anderen Worten, die Form der Lochungsmutter sollte eine freie Variation der Richtung gestatten, aus der die Lochungsmuttern jeweils aus dem Auslaß des Trichters bzw. Magazins herauskommen. In Fällen, in denen Lochungsmuttern in eine Metalltafel an mehreren Stellen zu treiben sind, sollte die Lochungsmutter so geformt sein, daß die Richtung des Lochungsmutter-Auslasses frei variiert werden kann, um für den Installationsvorgang geeignet zu sein.

Lochungsmuttern werden seit vielen Jahren kommerziell in Massenherstellungsanwendungen verwendet. Vor kurzem ist im US- Patent Nr. 4,690,599 (japanische Patentoffenlegung 1983-109710) eine quadratische Lochungsmutter mit einem Pilotteil (Fig. 1, Bezugszeichen 3) vorgeschlagen worden, das dazu verwendet wird, Metallplatten zu schneiden und zu lochen. Die Außenfläche des Pilotteils (Bezugszeichen 4) verjüngt sich nach innen, um den Herauszieh-Widerstand der Lochungsmutter zu verbessern, da das Tafelmetall unter die verjüngte Wand gezwungen wird, wie in Fig. 6 gezeigt. Außerdem umfassen die Ecken der Mutter eine Sitzfläche 9, welche die Tafel abstützt, und eine geneigte Seitenwand 10, die die Verbindung zwischen der Tafel und den gegenüberliegenden geneigten Wänden verstärkt.

Unlängst wurde eine zylindrische Lochungsmutter in der japanischen Veröffentlichung Nr. 1990-25049 vorgeschlagen. Die offenbarte Lochungsmutter umfaßt ein zylindrisches zentrales Pilotteil (Bezugszeichen 2), das während der Installation einen kreisförmigen Butzen aus der Tafel locht, und die Mutter umfaßt eine kreisförmige Nut (Bezugszeichen 6) benachbart dem zylindrischen Pilotteil. Eine ringförmige Außenwand (4) definiert die Außenwand der kreisförmigen Nut, die nach innen geneigt ist, um eine beschränkte Öffnung zu definieren, welche den Herauszieh-Widerstand der Lochungsmutter im Metallplattenmaterial verbessert, welches in die Nut verformt wird. Strahlenartig verlaufende Rippen oder Unregelmäßigkeiten sind auf der sich an der Tafel abstützenden Oberfläche der ringformigen Wand ausgebildet, um den Drehwiderstand der Lochungsmutter in der Tafel zu verbessern.

Die in der japanischen Patentoffenlegung 1983-109710 vorgeschlagene Lochungsmutter sorgt für ausreichenden Drehwiderstand für die meisten Anwendungen, wenn ausreichend Tafelmetall in den Raum zwischen dem Pilotteil und den äußeren Ecken unter der geneigten Fläche 10 gezwungen wird. Jedoch hängt der Herauszieh-Widerstand dieser Lochungsmutter gänzlich von der Menge an Tafelmetall ab, das unter die geneigten Seitenwände gezwungen wird, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Wenn die Lochungsmutter an einer besonders dünnen Metallplatte oder -tafel angebracht wird, wird sehr wenig Material in diesen verjüngten Bereich gezwungen, und zwar mit dem Resultat, daß die Kontaktfläche zwischen dem äußeren Oberflächenbereich und dem Tafelmetall sehr klein ist, wodurch der Wert des Herauszieh-Widerstands der Lochungsmutter reduziert wird. Der veröffentlichte Wert für den Herauszieh-Widerstand der Lochungsmutter, die im US-Patent Nr. 4,690,599 gezeigt ist, beträgt 83 kg für eine 0,6 mm-Platte, 106 kg für eine 0,8 mm- Platte und 199 kg für eine 1,2 mm-Platte. Des weiteren, da die äußere Konfiguration dieser Lochungsmutter nahezu quadratisch ist, ist es nicht möglich, die Richtung der Lochungsmutter vom Auslaß des Trichters bzw. Magazins frei zu ändern, wenn die Richtung der Anbringung der Lochungsmutter an einer Tafel fixiert ist.

Die äußere Konfiguration der in der japanischen Veröffentlichung Nr. 1990-25049 vorgeschlagenen Lochungsmutter ist zylindrisch, so daß es möglich ist, die Richtung des Lochungsmutterauslasses der Transporteinrichtung frei zu variieren. Des weiteren, da Tafelmetall unter die geneigte Oberfläche des äußeren Zylinders gezwungen wird (Fig. 1, Bezugszeichen Nr. 4), wird beträchtliches Tafelmetall unter diese Oberfläche gezwungen, wenn die Tafel dick ist, wodurch der Herauszieh-Widerstand der Lochungsmutter verstärkt wird. Der veröffentlichte Herauszieh-Widerstand für diese Mutter ist 250 kg bei einer Kupferplatte mit einer Dicke von 1,6 mm. Bei dünnen Platten wird jedoch sehr wenig Tafelmetall unter die geneigte Oberfläche der äußeren Wand verformt, wodurch der Herauszieh- Widerstand für diese Mutter beträchtlich verringert wird, obwohl er nicht so niedrig ist wie bei der oben beschriebenen Lochungsmutter. Der bekanntgegebene Herauszieh-Widerstand für diese Mutter ist 168 kg bei einer 0,6 mm-Platte und 208 kg, wenn eine 0,8 mm-Platte verwendet wird. Da Tafelmetall in die radialen Rippen oder Unregelmäßigkeiten auf der sich an der Tafel abstützenden Oberfläche des äußeren Zylinders verformt wird, ist der Dreh- oder Drehmomentwiderstand der Lochungsmutter verbessert. Jedoch ist diese Verbesserung des Drehwiderstands wesentlich größer, wenn eine relativ dicke Platte verwendet wird, jedoch fällt der Drehmomentwiderstand signifikant ab, wenn die Mutter an einer dünneren Tafel angebracht wird, da der Kontaktflächenbereich reduziert ist. Der bekanntgegebene Drehmomentwiderstand ist 255 kg-cm bei einer 1,6 mm-Platte, 145 kg-cm bei einer 0,8 mm-Platte und 137 kgcm, wenn die Mutter an eiher 0,6 mm-Platte angebracht ist.

In der Automobilindustrie, die viele Lochungsmuttern benutzt, gibt es einen Trend zu dünneren Metalltafeln und -platten hin, um das Gewicht der Fahrzeuge zu reduzieren. Somit ist es notwendig, daß Lochungsmuttern vorhanden sind, die geformt sind, um den notwendigen Drehwiderstand und einen größeren Herauszieh- und Hindurchzieh-Widerstand zu schaffen, und zwar selbst dann, wenn sie an dünnen Metallplatten verwendet werden. Wenn es beispielsweise notwendig ist, einen Herauszieh- Widerstand von mehr als 200 kg und einen ausreichenden Drehwiderstand, um dem von einem Drehmomentschlüssel aufgebrachten Anziehdrehmoment zu widerstehen, bei einer 0,6 mm-Platte zu erzielen und der Bolzen oder die Schraube während des Eingriffs mit der Mutter auf Widerstand trifft, können vorhandene Lochungsmuttern der oben beschriebenen Typen diese Anforderungen nicht konsistent erfüllen.

Wie vorstehend beschrieben, wird eine Lochungsmutter typischerweise an einer Metalltafel oder -platte in Verbindung mit einer Installationsmatrize angebracht, die üblicherweise als eine Matrize bezeichnet wird. Die Matrize umfaßt eine oder mehrere vorstehende Lippen oder Vorsprünge, die konfiguriert sind, um in der Nut oder den Nuten der Lochungsmutter empfangen zu werden. Wenn die Lochungsmutter eine ringförmige Nut aufweist, umfaßt die Matrize eine ringförmige Lippe oder einen ringförmigen Vorsprung, die bzw. der konfiguriert ist, um in der ringförmigen Nut der Mutter empfangen zu werden. Wenn die selbstanbringende Mutter eine Lochungsmutter ist, umfaßt die Matrize typischerweise eine Scherkante oder -fläche, die mit der Außenfläche des Pilotabschnitts der Lochungsmutter zusammenwirkt, um eine Öffnung in die Tafel zu lochen. Das Pilotteil der Lochungsmutter wird dann durch die gelochte Tafelöffnung hindurch empfangen, und die Lippe oder der Vorsprung verformt dann die Tafel in eine Verzahnungsrelation mit der Nut oder den Nuten der Mutter. Jedoch muß, wie vorstehend beschrieben, diese mechanische Verzahnung dazu ausreichen, dem Drehmoment standzuhalten, welches auf die Mutter aufgebracht werden kann, wenn ein Bolzen verkantet in die Mutter geschraubt und festgezogen wird, und die Mutter muß für kommerzielle Anwendungen einen ausreichenden Herauszieh- und Hindurchzieh-Widerstand aufweisen.

Bei vorhandenen Matrizen wird das Material um die gelochte Tafelöffnung herum durch die zwei Oberflächen, die durch die zylindrische äußere Fläche der kreisförmigen Lippe oder des kreisförmigen Vorsprungs an der Matrize und die kreisförmige Rückseite, die senkrecht zu dieser äußeren Fläche verläuft, gebildet werden, und durch die Außenwand der kreisförmigen Nut in der Lochungsmutter verformt, wenn das Tafelmetall in die ringförmige Nut eingeführt wird. Wenn nicht genug Tafelmetall durch die ringförmige Lippe der Matrize verformt wird, dann wird somit nicht genug Tafelmetall in die Nut eingeführt, und es ist nicht möglich, die mechanische Verzahnung zwischen dem Tafelmetall und der Nut zu erhöhen, um die geforderte Herauszieh-Festigkeit zu erzielen. Wenn die Tafel oder Platte besonders dünn ist, dann ist das Volumen des in die Nut verformten Tafelmetalls so niedrig, daß die Mutter von der Platte fällt.

Somit bleibt die Nachfrage nach einem selbstanbringenden Fügeelement bestehen, das für ausreichenden Drehmomentwiderstand und Herauszieh-/Hindurchzieh-Widerstand für Automobilanwendungen sorgt, insbesondere zur Anbringung an relativ dünnen Metalltafeln. Die am meisten bevorzugte Ausführungsform ist zylindrisch, so daß eine Neuorientierung der Mutter nicht erforderlich ist, wenn die Mutter alternativen oder mannigfaltigen Installationsanwendungen zugeführt wird. Schließlich bleibt die Nachfrage nach einer verbesserten Matrize für die Installation von selbstanbringenden Muttern bestehen, die genügend Tafelmetall in die Mutternut verformt, um den erforderlichen Herauszieh-Widerstand bei einem Bereich von Tafelmetalldicken, einschließlich dünner Tafeln, zu erzielen.

Dieses Erfordernis, genügend Tafelmetall in die Mutternut zu verformen, um eine sichere mechanische Verzahnung mit adäquatem Herauszieh-Widerstand zu bilden, kann auch nicht durch die im Stand der Technik bekannten Mutterfügeelemente und Matrizen gemäß US-A-3,927,465 erfüllt werden. Folglich ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement, eine Mutter- und Tafel-Anordnung bzw. ein Mutter- und Tafel-Zusammenbauteil, die bzw. das das Mutterfügeelement umfaßt, und ein Matrizenelement sowie ein Verfahren zum Installieren des Mutterfügeelements zu schaffen, welches sowohl ausreichenden Drehmomentwiderstand der installierten Mutter als auch Herauszieh-/Hindurchzieh- Widerstand für Automobilanwendungen gewährleistet, insbesondere mit relativ dünnen Tafeln, und welches die Verformung von genügend Tafelmetall in die Mutternut gewährleistet, um die gewünschte mechanische Verzahnung zu gewährleisten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um das obige Ziel zu erreichen, wird daher ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement, eine Mutter- und Tafel-Anordnung bzw. ein Mutter- und Tafel-Zusammenbauteil, die bzw. das das Mutterfügeelement umfaßt, und ein Matrizenelement sowie ein Verfahren zum Installieren des Mutterfügeelements mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1, 10, 14 bzw. 19 geschaffen.

Selbstanbringende Fügeelemente des hierin offenbarten Typs werden im allgemeinen dazu verwendet, ein Loch in eine Metalltafel oder -platte zu lochen, und die Mutter wird dann an der Tafel mittels einer Matrize angebracht, wie beschrieben. Jedoch versteht es sich für den Fachmann, daß die Lochungsmutter dieser Erfindung auch in einer Tafel mit einer vorgelochten Tafelöffnung installiert werden kann. Das Fügeelement dieser Erfindung ist selbstbefestigend; das heißt, das Fügeeelement umfaßt eine ringförmige Nut, und Tafelmetall wird in der Nut verformt, um eine mechanische Verzahnung zwischen der Tafel und dem Fügeelement zu bilden. Ein selbstlochendes Fügeelement hat jedoch mehrere Vorteile, besonders in Massenherstellungsanwendungen. Der Einfachheit der Beschreibung halber wird daher das selbstanbringende Fügeelement dieser Erfindung manchmal als eine Lochungsmutter bezeichnet.

Wie vorstehend beschrieben, ist das selbstanbringende Mutterfügeelement dieser Erfindung besonders zur Anbringung an einer plastisch verformbaren Metalltafel ausgebildet. Das Fügeelement umfaßt einen zentralen vorangehenden Vorder- oder Pilotabschnitt, einen Flanschabschnitt, der den Pilotabschnitt umgibt und eine im allgemeinen flache, ringförmige, sich an der Tafel abstützende Endseite aufweist, und eine ringförmige Nut, die in der das Pilotteil umgebenden Flanschendseite definiert ist. Die Nut umfaßt gegenüberliegende Seitenwände und eine Bodenwand. Wenigstens eine der Nutseitenwände ist in Richtung der gegenüberliegenden Seitenwand geneigt, um eine beschränkte oder "hinterschnittene" Öffnung zur Nut benachbart der Flanschendseite zu definieren. Die Bodenwand des selbstanbringenden Mutterfügeelements dieser Erfindung umfaßt einen ringförmigen Vorsprung, der sich zumindest teilweise um das Pilotteil herum erstreckt, und zwar beabstandet von der geneigten Nutseitenwand. Dieser ringförmige Vorsprung lenkt dann, während die Tafel in der Nut verformt wird, Tafelmetall unter der geneigten Nutseitenwand gegen die Bodenwand, während die Mutter an der Tafel angebracht wird. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform des selbstanbringenden Mutterfügeelements dieser Erfindung umfaßt der ringförmige Vorsprung eine Mehrzahl von beabstandeten ringförmigen Vorsprüngen, die sich um das Pilotteil herum erstrecken, und die Nutbodenwand zwischen den ringförmigen Vorsprüngen befindet sich unter der Ebene der Vorsprünge, wodurch Verdrehsicherungsmittel für das Fügeelement geschaffen werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Mutter zylindrisch, so daß es möglich ist, die Richtung des Lochungsmuttertransfers frei zu ändern, wie vorstehend beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Nut kreisförmig, wodurch ein kreisförmiges Pilotteil definiert wird, und der ringförmige Vorsprung in der Bodenwand umfaßt halbkreisförmige Vorsprünge, die von den Seitenwänden der Nut beabstandet sind.

In der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die selbstanbringende Mutter dieser Erfindung selbstlochend. Die äußere Kante des Pilotteils wirkt mit der Matrize zusammen, um einen Butzen aus der Tafel zu lochen, und das Pilotteil wird dann durch die gelochte Tafelöffnung hindurch empfangen. In dieser Ausführungsform kann die innere Seitenwand der Nut, die die äußere Fläche des Pilotteils definiert, auch geneigt sein, wodurch eine relativ scharfe Lochungskante an der Verbindung des Oberteils des Pilotteils und der inneren Seitenwand definiert wird. In dieser Ausführungsform sind beide Seitenwände der Nut relativ geneigt und laufen aufeinander zu, um eine beschränkte Öffnung zur Nut benachbart der Flanschendseite zu definieren. Diese keilförmige oder hinterschnittene Nut sorgt für einen wesentlich verbesserten Herauszieh-Wider-stand, insbesondere in Kombination mit dem ringförmigen Vorsprung auf der Bodenwand. Das Tafelmetall wird dann unter beiden geneigten Seitenwänden durch den ringförmigen Vorsprung verformt, wodurch eine sehr sichere mechanische Verzahnung zwischen dem Tafelmetall und der Mutternut gebildet wird.

Die resultierende Mutter- und Tafel-Anordnung bzw. das resultierende Mutter- und Tafel-Zusammenbauteil umfaßt dann eine Metalltafel mit einer Öffnung, ein Fügeelement mit einem zentralen Pilotabschnitt, der durch die Tafelöffnung ragt, einen Flanschabschnitt, der das Pilotteil umgibt und eine ringförmige Endseite, die einen ringförmigen Abschnitt der Tafel abstützt, aufweist, und eine ringförmige Nut in der ringförmigen Endseite des Fügeelements, die einen ringförmigen Abschnitt der die Tafelöffnung umgebenden Tafel empfängt. Wie beschrieben, umfaßt die Bodenwand der Nut einen ringförmigen Vorsprung, der sich zumindest teilweise um das Pilotteil erstreckt, und das Tafelmetall, das die Tafelöffnung umgibt, wird gegen den ringförmigen Vorsprung und gegen die Nutseitenwände verformt. Da zumindest eine der Nutseitenwände geneigt ist, wie vorstehend beschrieben, wird der ringförmige Tafelabschnitt gegen den ringförmigen Vorsprung in der Bodenseitenwand und unter der geneigten Wand oder den geneigten Wänden der Nut verformt.

Das verbesserte Matrizenelement oder die verbesserte Matrize dieser Erfindung umfaßt eine vorstehende ringförmige Lippe mit einer Endseite, einer im allgemeinen zylindrischen äußeren Fläche, die sich im allgemeinen senkrecht von der Endseite aus erstreckt, und einer flachen Rückseite, die die ringförmige Lippe umgibt, und eine gestufte konvexe gekrümmte ringförmige Kehle bzw. Übergangswulst im allgemeinen an der Verbindung der zylindrischen äußeren Fläche und der Rückseite. Wie beschrieben, ist die ringförmige Lippe konfiguriert, um in der ringformigen Nut des -selbstanbringenden Mutterfügeelements dieser Erfindung empfangen zu werden, und die gestufte ringförmige Kehle bzw. Übergangswulst weist einen Außendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Innendurchmesser der äußeren Seitenwand der Nut ist, so daß die ringförmige Kehle bzw. Übergangswulst Tafelmetall in die Nut packt, während die Nut in der Tafel installiert wird. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Matrizenelement eine relativ scharfe Schneidekante, die unterhalb der Ebene der Endseite der ringförmigen Lippe beabstandet ist, so daß Tafelmetall in die Mutternut durch die Endseite der Lippe vor dem Abscheren und Lochen verformt wird, wodurch die Menge oder das Volumen von Tafelmetall erhöht wird, das während der Installation in die Nut verformt wird.

Das Verfahren zum Anbringen eines selbstanbringenden Fügeelements an einer Tafel dieser Erfindung umfaßt dann das Anordnen einer Tafel auf der Matrize und das Anordnen des selbstanbringenden Mutterfügeelements dieser Erfindung auf der gegenüberliegenden Seite der Tafel, wobei die ringförmige Mutternut koaxial mit der ringförmigen Lippe des Matrizenelements ausgerichtet ist. Die Tafel ist vorzugsweise auf dem Ende der ringförmigen Lippe abgestützt. Die Mutter wird dann gegen die Tafel getrieben, wodurch das Ende der ringförmigen Lippe des Matrizenelements getrieben und ein ringförmiger Tafelabschnitt in die Mutternut verformt wird. Wenn die Mutter als eine Lochungsmutter benutzt wird, dann wirkt die Scherkante des Matrizenelements mit der äußeren Kante des Pilotabschnitts der Mutter zusammen, um eine Öffnung in die Tafel zu lochen. Das freie Ende des Pilotteils wird dann durch die Tafelöffnung hindurch empfangen, während die Mutter in die Tafel getrieben wird, und Tafelmetall wird in die Mutternut durch die ringformige Lippe verformt. Die ringförmige konvexe gekrümmte Kehle bzw. Übergangswulst benachbart der Rückseite packt dann Tafelmetall in die Nut, während die Mutter in Sitzeingriff mit der Matrize getrieben wird.

Während der letzten Phasen der Installation wird das Tafelmetall gegen den konvexen ringförmigen Vorsprung an der Bodenwand der Mutternut getrieben, wobei der Vorsprung dann das Tafelmetall radial nach außen und nach innen gegen die gegenüberliegenden Seitenwände der Mutternut verformt. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform, in der die Nutseitenwände geneigt sind, verformt der ringförmige Vorsprung Tafelmetall unter die geneigten Seitenwände, wodurch eine sehr sichere mechanische Verzahnung zwischen dem ringförmigen Tafelabschnitt und der Mutternut gebildet wird. Wenn die Mutter weiter radiale Nuten in der äußeren Seitenwand der ringförmigen Nut umfaßt, wird Tafelmetall gleichzeitig in diese radialen Nuten verformt, wodurch der Drehmomentwiderstand der Mutter in der Tafel verbessert wird.

Andere Vorteile und vorteilhafte Merkmale des verbesserten selbstanbringenden Fügeelements, der Mutter- und Tafel- Anordnung bzw. des Mutter- und Tafel-Zusammenbauteils, des Installationsverfahrens und der verbesserten Matrize dieser Erfindung werden umfassender aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen verständlich werden, deren kurze Beschreibung folgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Endansicht einer Ausführungsform eines selbstanbringenden Fügeelements dieser Erfindung, nämlich einer Lochungsmutter;

Fig. 2 ist eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten Lochungsmutter;

Fig. 3 ist eine perspektivische Teilquerschnittsendansicht der in Fig. 1 gezeigten Lochungsmutter;

Fig. 4a-4c sind vertikale Umfangsansichten im Querschnitt von alternativen Konfigurationen des ringförmigen Vorsprungs in der Bodenwand der Nut;

Fig. 5 ist eine perspektivische Endansicht einer zweiten Ausführungsform der Lochungsmutter dieser Erfindung;

Fig. 6 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Installationswerkzeugbestückung, die zum Installieren einer Lochungsmutter des hierin offenbarten Typs geeignet ist;

Fig. 7 ist eine perspektivische Draufsicht einer Lochungsmutter dieser Erfindung, die in einer Metalltafel oder -platte installiert ist, und einer älteren herkömmlichen quadratischen Lochungsmutter;

Fig. 8 ist eine perspektivische Draufsicht einer Ausführungsform des Matrizenelements oder der Matrize dieser Erfindung;

Fig. 9 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht der Ausführungsform der in Fig. 8 gezeigten Matrize;

Fig. 10 ist eine Teilquerschnittsansicht der in Fig. 6 gezeigten Installationswerkzeugbestückung mit einer zur Installation bereiten Ausführungsform der Lochungsmutter dieser Erfindung;

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Installationswerkzeugbestückung von Fig. 10, wobei die Lochungsmutter teilweise in der Tafel installiert ist;

Fig. 12 ist eine den Fig. 10 und 11 ähnelnde Teilquerschnittsansicht, wobei die Lochungsmutter vollständig in der Tafel installiert ist;

Fig. 13 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht von Fig. 12, die den Fluß von Tafelmetall in der Nut der Lochungsmutter dieser Erfindung veranschaulicht;

Fig. 14 ist eine erweiterte Querschnittsansicht der Installation einer Lochungsmutter in einer Tafel, wobei die Mutternut keinen ringförmigen Vorsprung umfaßt, wie er in der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 15 ist eine erweiterte Teilseitenquerschnittsansicht einer Mutter, die in einer Tafel in einem Raum zwischen Vorsprüngen installiert ist;

Fig. 16 ist eine Teilquerschnittsdraufsicht einer Lochungsmutter dieser Erfindung, die in einer Tafel installiert ist; und

Fig. 17 ist eine perspektivische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform einer Matrize dieser Erfindung.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Die Ausführungsform der Lochungsmutter 10, die in den Fig. 1-3 veranschaulicht ist, ist eine zylindrische Lochungsmutter, deren äußere Konfiguration zylindrisch ist und die einen kreisförmigen Pilotabschnitt 15 aufweist, der eine mit einem Gewinde versehene Bohrung oder Schraubenloch 12 sowie eine kreisförmige Lochungs- oder Scherkante 14 umfaßt. Wie noch ausführlicher beschrieben wird, wird die Scherkante 14 relativ zur Matrize bewegt, um eine Metallplatte oder -tafel während der Installation der Mutter in einer Tafel zu perforieren oder zu schneiden. Die Lochungsmutter umfaßt einen ringförmigen Flansch 29 mit einer ringförmigen Nut 16 benachbart des Pilotteils, das durch gegenüberliegende Seitenwände 18 und 20 sowie durch eine Bodenwand 22 begrenzt ist. In dieser Ausführungsform der Lochungsmutter sind die gegenüberliegenden Seitenwände 18 und 20 der Nut nach innen abgewinkelt oder relativ geneigt, so daß sich die Nut zur Nutöffnung hin verengt, wodurch eine keilförmige oder hinterschnittene Nut definiert wird.

In dieser Ausführungsform umfaßt die Nutbodenwand vier gekrümmte Vorsprünge 24a, 24b, 24c und 24d, die sich in der Umfangsrichtung auf dem zentralen Bereich der Bodenwand 22 der kreisförmigen Nut 16 erstrecken. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Querschnittsform der gekrümmten Vorsprüngen in dieser Ausführungsform der Lochungsmutter gekrümmt. Wie in Fig. 4a-4c gezeigt, kann jedoch die Querschnittsform der gekrümmten Vorsprünge dreieckig (siehe Fig. 4a), pentagonal (siehe Fig. 4b) oder trapezförmig (siehe Fig. 4c) sein. Die Höhe dieser Vorsprünge in einem wirklichen Beispiel dieser Erfindung, das zu Testzwecken hergestellt wurde, beträgt näherungsweise 0,5 mm, jedoch kann die Höhe gemäß der Dicke der Tafel oder Platte, an der die Mutter anzubringen ist, geändert werden. Wie nachstehend erläutert wird, fließt das Metalltafelmaterial, wenn eine Lochungsmutter 10 an einer Metalltafel oder -platte angebracht wird, entlang beider Seiten der Vorsprünge 24a-24d, wobei die Kontaktfläche zwischen dem Metallplattenmaterial und der Oberfläche der kreisförmigen Nut vergrößert ist. Gleichzeitig, während mehr Tafelmetall in die keilförmige kreisförmige Nut 16 geformt wird, fließt die Metallplatte in die Räume zwischen den gekrümmten Vorsprüngen, so daß der Herauszieh-Widerstand und der Drehmoment- oder Drehwiderstand gleichzeitig vergrößert werden.

In der Ausführungsform der Lochungsmutter, die in den Fig. 1- 3 gezeigt ist, sind vier radiale Nuten oder Kerben 30a, 30b, 30c und 30d in der äußeren Seitenwand 28 der Nut ausgebildet. Diese Nuten oder Kerben liegen fast in der zur Umfangsrichtung der Außenwand 20 orthogonalen Richtung, und zwar gegenüber dem Mittenabschnitt der Vorsprünge 24a-24d. Wie nachstehend weiter erläutert wird, fließt das Tafelmetall, wenn die Lochungsmutter an einer Metalltafel oder -platte angebracht wird, in die Kerben hinein, umdie Beanspruchung oder Spannung zu reduzieren und den Drehwiderstand der Lochungsmutter in der Metalltafel weiter zu verstärken.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Lochungsmutter dieser Erfindung, die eine polygonale äußere Seitenwand 28 aufweist. Wie gezeigt, weist die Lochungsmutter 40 eine ringförmige Nut 17 mit einer achteckigen äußeren Seitenwand auf. Die Form der anderen Komponenten der Lochungsmutter kann zu der in den Fig. 1-4 gezeigten Lochungsmutter 10 identisch sein. Die Form der äußeren Fläche 28 der Seitenwand kann achteckig und geneigt sein, so daß Tafelmetall in die Ecken 42 des Achtecks fließt, um den Dreh- oder Drehmomentwiderstand zwischen der Lochungsmutter 40 und der Metallplatte, an der die Mutter angebracht wird, weiter zu erhöhen. Die Form der äußeren Seitenwand der Nut braucht jedoch nicht achteckig sein; sie kann beispielsweise mehrseitig sein, beispielsweise ein 16-seitiges Polygon, oder die Mutter selbst kann polygonal sein, einschließlich des Pilotteils. Die vorstehend beschriebenen Lochungsmuttern können durch Bearbeiten runden oder polygonalen Stabmaterials auf einer Formeinrichtung hergestellt werden, was die Produktionskosten reduziert.

Fig. 6 zeigt die allgemeine Komponente der Installationswerkzeugbestückung, die dazu benutzt werden kann, eine Lochungsmutter 10 an einer Metalltafel oder -platte 50 änzubringen. Wie Fig. 6 zeigt, werden Lochungsmuttern 10 einzeln dem Lochungsmutter-Empfangsbereich 46 eines Lochungsmutter- Installationskopfs 47 durch ein Transportrohr oder eine Transportröhre 44 einer kontinuierlichen Lochungsmutter- Zufuhreinrichtung, nicht gezeigt, zugeführt. Die Muttern werden dann in die Metallplatte 50 durch einen Stempel 48 getrieben, der sich in einem Durchgang im Installationskopf 47 hin- und herbewegt. Dieser Vorgang wird unter Verwendung eines Matrizenelements 52 durchgeführt, das üblicherweise als eine Matrize bezeichnet wird. Die Matrize arbeitet in Verbindung mit der Lochungsmutter 10, um eine Öffnung in die Metallplatte 50 zu lochen, und die Matrize 52 installiert die Mutter in der Tafel. Um sicherzustellen, daß immer eine Lochungsmutter 10 in der bereiten Lage vorhanden ist, wenn der Stempel 48 aktiviert wird, ist ein Annäherungssensor 54 normalerweise in der Durchgangswand gegenüber dem Lochungsmutter-Empfangsbereich 46 installiert.

Fig. 7 zeigt eine Lochungsmutter 10 dieser Erfindung, die in einer Metalltafel 50 installiert ist, zum Vergleich mit einer herkömmucheren quadratischen oder rechteckigen Lochungsmutter 56. Wie beschrieben, ist die Lochungsmutter 10 vorzugsweise zylindrisch, so daß es nicht notwendig ist, die Anbringungsorientierung der Lochungsmutter auf der Metallplatte zu berücksichtigen. Wenn eine quadratische Lochungsmutter 56 verwendet wird, muß auf die Orientierung der Lochungsmutter Rücksicht genommen werden. Infolgedessen, wenn eine zylindrische Lochungsmutter an einer Metalltafel oder -platte angebracht wird, braucht auf die Richtung, in der die Matrize installiert wird, keine Rücksicht genommen zu werden. Somit wird die Aufgabe, die Lochungsmutter mit dem Zentrum der Matrize auszurichten, vereinfacht, was bedeutet, daß eine Lochungsmutter-Zufuhreinrichtung mit einem einfachen Aufbau verwendet werden kann. Folglich werden bei der Verwendung einer zylindrischen Lochungsmutter die Gesamtkosten der Werkzeugbestückung zur Anbringung der und des Zufuhrsystems für die Lochungsmuttern gesenkt und die Zuverlässigkeit der Installation gesteigert. Obwohl Pressen und Matrizen im allgemeinen für diesen Vorgang verwendet werden, ist es auch zweckmäßig, wenn ein Roboter verwendet wird, da die Orientierung der Lochungsmuttern nicht berücksichtigt zu werden braucht.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform der verbesserten Matrize 52 dieser Erfindung, die dazu benutzt werden kann, die vorstehend beschriebenen Lochungsmuttern 10 und 40 zu installieren. Die Matrize kann zylindrisch sein, mit einer ringförmigen oder kreisförmigen Lippe oder Vorsprung 53, die bzw. der konfiguriert ist, um in der kreisförmigen Nut 16 der Mutter empfangen zu werden und Tafelmetall in die Nut zu verformen, während die Mutter in die Platte getrieben wird, wie nachstehend beschrieben. Eine kreisförmige Scher- oder Lochungskante 58 ist auf einer inneren Fläche der Bohrung 59 definiert, vorzugsweise von der Ebene der ringförmigen Endseite 60 beabstandet, so daß Tafelmetall in die Nut vor dem Lochen verformt wird, wie nachstehend beschrieben. Auch ist eine abgeschrägte oder abgewinkelte Fläche 55 zwischen der Lochungskante 58 und der Oberseite 60 vorgesehen, so daß die Matrize die Metallplatte derart locht, daß große Mengen von Tafelmetall in die kreisförmige Nut der Mutter getrieben wird, wie nachstehend beschrieben. Die äußere Fläche der ringförmigen Lippe umfaßt eine konvexe ringförmige Kehle bzw. Übergangswulst 57 benachbart der Ecke 61, an der die im allgemeinen zylindrische äußere Fläche 54 der Lippe 53 die flache ringförmige Rückseite 56 trifft, welche sich zur Außenseite der Matrize in der radialen Richtung von der im allgemeinen zylindrischen äußeren Fläche 54 aus erstreckt. Wie nachstehend erläutert wird, wenn eine Lochungsmutter an einer Metalltafel oder -platte angebracht wird, vergrößert diese Kehle bzw. dieser Übergangswulst 57 die Menge von Tafelmetall, das in die Mutternut verformt wird, und zwar um einen Betrag, der gleich dem zusätzlichen Metall ist, das durch die Kehle bzw. den Übergangswulst definiert wird.

Die Fig. 10-12 sind Querschnittsansichten, welche die Sequenz der Installation veranschaulichen, während eine Lochungsmutter 10 in eine Metalltafel oder -platte 50 durch den Stempel 48 des in Fig. 6 gezeigten Lochungsmutter-Installationskopfs getrieben wird. Die Lochungsmutter 10 ist in Verbindung mit der Matrize 52 wirksam, um die Metailpiatte zu perforieren oder zu lochen, und die Lochungsmutter wird dann an der Metallplatte durch die Matrize angebracht. Fig. 10 ist eine Querschnittszeichnung, welche die Situation veranschaulicht, während die Lochungsmutter 10 gegen die Metalltafel 50 gedrückt wird. Wie diese Figur andeutet, ist die Scherkante 58 auf der Innenfläche der Gegenbohrung 59 der Matrize geringfügig in der Scherrichtung abgewinkelt und befindet sich unterhalb der Ebene der Endfläche 60 der ringförmigen Lippe 53. Die Scherkante perforiert oder locht somit die Metallplatte, so daß sie das Metallplattenmaterial am Ende der Perforation verlängert und so viel Metall wie möglich in die kreisförmige Nut 16 der Lochungsmutter 10 zieht. Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, die zu dem Zeitpunkt aufgenommen ist, an dem die Lochungsmutter 10 in die Metallplatte 50 durch den Stempel 48 getrieben worden ist und die Lochungsmutter die Metallplatte 50 gelocht oder perforiert hat. Wie diese Figur andeutet, ist die Scherkante 14 der Lochungsmutter 10 in Verbindung mit der Scherkante 58 auf der Matrize wirksam gewesen, um die Metallplatte 50 zu lochen, nachdem ein ringförmiger Abschnitt der Tafel 62 um die Perforation herum in die kreisförmige Nut 16 der Lochungsmutter 10 verformt worden ist.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht im Anschluß an die Installation, die veranschaulicht, wie Tafelmetall 62 im Inneren der kreisförmigen Nut 16 verformt und zwischen den Vorsprüngen 24a-24e auf der Bodenwand der Lochungsmutter zusammengedrückt worden ist. Wie gezeigt, verformt das ringförmige Ende 60 der ringförmigen Lippe der Matrize das Tafelmetall gegen die Vorsprünge, wodurch das Tafelmetall radial nach außen und nach innen gegen die Seitenwände der Nut verformt wird.

Fig. 13, die eine vergrößerte Querschnittsansicht des Abschnitts 66 von Fig. 12 ist, veranschaulicht den Fluß von Tafelmetall, während die ringförmige Lippe 53 in den ringförmigen Tafelabschnitt getrieben und der Tafelabschnitt 62 gegen den konkaven Vorsprung 24c verformt wird. Die ringförmige Kehle bzw. Übergangswulst 57 und die abgeschrägte oder geneigte innere Wand wirken zusammen, um mehr Tafelmetall 62 in der Nut zu verformen. Während das Tafelmetall gegen den ringförmigen Vorsprung 24c verformt wird, fließt das Metall radial nach außen und nach innen längs der Kante des Vorsprungs, wie durch die Pfeile 68a und 68b gezeigt. Infolgedessen ist das Tafelmetall 62 im wesentlichen auf dem gesamten Weg zum Boden 22 der kreisförmigen Nut 16 unter den geneigten Seitenwänden in eine Keilform gezwungen worden, während gleichzeitig im wesentlichen die gesamte Innenfläche der kreisförmigen Nut sich in Kontakt mit dem Tafelmetall 62 befindet, mit dem Ergebnis, daß sowohl der Herauszieh-Widerstand als auch der Anti-Drehmoment-Widerstand der an der Metallplatte angebrachten Lochungsmutter 10 vergrößert worden ist. Selbst wenn die Metallplatte oder -tafel relativ dünn ist, ist es möglich, Tafelmetall zu veranlassen, auf beiden Seiten der Vorsprünge zu fließen, und Tafelmetall in einer Keilform unter die geneigten Seitenwände der Nut zu führen, während die gesamte Innenfläche der kreisförmigen Nut 16 in Kontakt mit dem Tafelmetall 62 gebracht wird. Somit sind der Herauszieh- Widerstand und der Drehmoment-Widerstand der Lochungsmutter vergrößert. Es kann jedoch wünschenswert sein, die Höhe und Form der Vorsprünge oder der Matrizenlippe anzupassen, wenn das Tafelmetall besonders dünn oder dick ist. Für den Fachmann versteht es sich, daß der Vorsprung 24c als ein Beispiel für diese Erläuterung verwendet wird, die Erläuterung jedoch auch für die anderen gezeigten Vorsprünge gilt. Da im wesentlichen die gesamte Innenfläche der kreisförmigen Nut 16 sich in Kontakt mit Tafelmetall 62 befindet, ist des weiteren die Wasserabdichtfunktion der Mutter verbessert.

Wie Fig. 13 zeigt, ist Tafelmetall 62 um die Perforation oder gelochte Kante herum durch die gemeinsame Wirkung der Kehle bzw. des Übergangswulstes 57 und der Innenwand der Nut verformt. Das der Ecke zugewandte Tafelmetall wird in die kreisförmige Nut durch die Form der Kehle bzw. des Übergangswulstes geführt. Infolgedessen wird ein Volumen von Tafelmetall gleich dem Raumvolumen der Kehle bzw. des Übergangswulstes in die Nut verformt, mit dem Ergebnis, daß mehr Tafelmetall zur Bodenfläche der Nut geführt wird und im wesentlichen die gesamte Innenfläche der Nut sich in Kontakt mit Tafelmetall 62 befindet.

Fig. 14 veranschaulicht die Installation einer Lochungsmutter 69 ohne die Vorsprünge, die in der Erfindung vorgesehen sind, so daß der Fluß von Tafelmetall in der Nut mit dem Fluß von Tafelmetall in der Mutternut, die in Fig. 13 gezeigt ist, verglichen werden kann. Wenn die Mutter keinen Vorsprung in der kreisförmigen Nut 70 umfaßt, wird das Tafelmetall 62 durch das Ende 72 der Matrize 71 zusammengedrückt, jedoch wird es nur in der durch den Pfeil 76 angedeuteten Richtung zusammengedrückt, so daß lediglich ein Teil des Tafelmetalls 62 sich in Kontakt mit der Bodenwand 77 der kreisförmigen Nut 70 befindet. Der Kontakt zwischen der kreisförmigen Nut 70 und dem Tafelmetall 62 ist somit relativ beschränkt im Vergleich zu dem im wesentlichen vollen Kontakt, der in Fig. 13 gezeigt ist. Daher ist es nicht möglich, denselben starken Herauszieh- und Anti-Drehmoment-Widerstand wie die in Fig. 13 gezeigte Mutter- und Tafelanordnung zu schaffen.

Fig. 15 veranschaulicht den Fluß von Tafelmetall in die Räume 26a-26d zwischen den Vorsprüngen 24a-24d, die in den Fig. 1-3 gezeigt sind. Wie gezeigt, fließt das Tafelmetall 62, das längs der Vorsprünge 24a und 24d fließt, auch in den Raum 26a zwischen den Vorsprüngen, so daß das Tafelmetall in derartigen nutartigen Räumen als ein Anschlag in der durch den Pfeil 78 gezeigten Drehrichtung wirkt, um den Dreh- oder Drehmomentwiderstand der Lochungsmutter 10 in der Metallplatte 50 weiter zu vergrößern. Der Raum 26a wurde als ein Beispiel in Fig. 13 verwendet, das gleiche Prinzip gilt jedoch für alle Räume zwischen den Vorsprüngen.

Fig. 16 zeigt den Fluß von Tafelmetall 62 in die radialen Nuten oder Kerben 30a-30d in der äußeren Seitenwand 20 der ringförmigen Nut, wie in den Fig. 1-3 gezeigt. Das Tafelmetall 62, das längs der Vorsprünge fließt, fließt auch in die Stufe oder Kerbe 30a, so daß es als ein Anschlag in der Drehrichtung wirkt, wie durch den Pfeil 80 angedeutet, mit dem Ergebnis, daß der Drehwiderstand der Lochungsmutter 10 auf der Metaliplatte verstärkt wird. Die radialen Nuten verringern außerdem Spannungen, die sich aufbauen können, während die Nut 16 gefüllt wird, oder in einer Überfahrsituation. Es versteht sich, daß die Stufe 30a hier als ein Beispiel verwendet wird, jedoch gilt dasselbe Prinzip für die anderen radialen Nuten oder Kerben.

Experimente wurden durchgeführt, in denen eine Lochungsmutter 10, die zu der vorstehend beschriebenen identisch ist, an Metallplatten unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens angebracht wurde. Hohe Herauszieh-Widerstandswerte wurden erhalten: 315 kg bei Verwendung einer Mutter mit einem Schraubendurchmesser von 6 mm und einer Platte mit einer Dikke von 0,6 mm (im Vergleich mit einer früheren zylindrischen Lochungsmutter mit einem Herauszieh-Wert von 168 kg), 300 km bei Verwendung derselben Muttergröße und einer Platte mit einer Dicke von 0,8 mm (im Vergleich mit einer zylindrischen Lochungsmutter mit einem Herauszieh-Widerstand von 208 kg). Drehwiderstandswerte betrugen 170 kg-cm mit einer 0,6 mm- Platte, 240 kg-cm mit einer 0,8 mm-Platte und 270 kg-cm mit einer 1,0 mm-Platte.

Fig. 17 veranschaulicht eine modifizierte Matrize 90 mit einer diskontinuierlichen ringförmigen konvexen Kehle bzw. Übergangswulst 92. Die ringformige Lippe 94 ist ansonsten identisch zur in den Fig. 8 und 9 gezeigten ringförmigen Lippe 53. Während eine Lochungsmutter dieser Erfindung in eine auf dem ringförmigen Ende 98 der in Fig. 17 gezeigten Matrizenlippe abgestützte Tafel getrieben wird, wird jedoch das Tafelmetall, das in den Räumen 96 zwischen den konvexen Kehlen bzw. Übergangswulsten 92 empfangen wird, nicht verformt und an der Verbindung zwischen der äußeren Seitenwand und der Endseite der Mutter verdünnt. Statt dessen werden relativ verdickte Tafelstegabschnitte an den Räumen 96 ausgebildet, wodurch die Gesamtfestigkeit des Mutter- und Tafel- Zusammenbauteils vergrößert wird. Diese Räume 96 können auch für eine Spannungsentlastung für die Tafel sorgen, wenn die Matrize und die Mutter nicht genau ausgerichtet sind.

Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen des selbstanbringenden Fügeelements oder der selbstanbringenden Lochungsmutter, des Installationsverfahrens und der Installationsmatrize dieser Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich, daß verschiedene Modifizierungen innerhalb des Bereiches der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können. Beispielsweise können die Abmessungen des selbstanbringenden Fügeelements für besondere Anwendungen modifiziert werden, einschließlich Tafeldicke. Wie vorstehend beschrieben, ist das selbstanbringende Fügeelement dieser Erfindung besonders für die permanente Anbringung an relativ dünnen Tafeln ausgelegt, wie sie beispielsweise für strukturelle Komponenten in den Automobil- und Geräteindustrien benutzt werden. Des weiteren kann die Lochungsmutter dieser Erfindung als ein selbstanbringendes Fügeelement an Tafeln mit vorgelochten oder vorgeformten Tafelöffnungen benutzt werden. Jedoch hat die Benutzung des offenbarten Fügeelements als ein selbstlochendes und -befestigendes Fügeelement mehrere Vorteile, einschließlich der Beseitigung eines separaten Lochungsschritts, und mehr Tafelmetall wird in die Nut verformt, wenn die Tafel bei Benutzung der verbesserten Matrize dieser Erfindung durch die Mutter gelocht wird, wodurch eine sicherere mechanische Verzahnung zwischen der Mutter und der Tafel gebildet wird.


Anspruch[de]

1. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement (10) zum Anbringen an einer plastisch verformbaren Metalltafel (50), wobei das Fügeelement einen zentralen Führungsabschnitt (15), einen Flanschabschnitt (29), der den Führungsabschnitt im allgemeinen umgibt und eine im allgemeinen flache, ringförmige, sich an der Tafel abstützende Endseite besitzt, und eine ringförmige Nut (16) aufweist, die in der den Führungsabschnitt (15) umgebenden Flanschendseite definiert ist, die Nut (16) gegenüberliegende Seitenwände (18, 20) und eine Bodenwand (22) aufweist, wenigstens eine (20) der Nutseitenwände (18, 20) in Richtung der gegenüberliegenden Seitenwand (18) geneigt ist und eine beschränkte Öffnung zur Nut (16) benachbart der Flanschendseite definiertwund die Nutbodenwand (22) einen ringförmigen Vorsprung (24) oder eine Mehrzahl von teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) mit Räumen (26a - 26d) dazwischen aufweist, der oder die sich zumindest teilweise um den Führungsabschnitt (15) herum erstreckt oder erstrecken, dadurch gekennzeichnet daß der ringförmige Vorsprung (24) oder die Mehrzahl von teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) von der geneigten Nutseitenwand (20) beabstandet ist oder sind, wobei der Vorsprung oder die Vorsprünge, während die Tafel (50) in der Nut verformt wird, Tafelmetall unter der geneigten Nutseitenwand (20) gegen die Bodenwand lenkt oder lenken, während das Mutterfügeelement an der Tafel angebracht wird.

2. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Nutseitenwand (20) sich zur Nutbodenwand (22) erstreckt.

3. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutbodenwand (22) zwischen den Vorsprüngen (24a - 24d) im allgemeinen flach ist.

4. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beabstandeten teilringförmigen Vorsprünge (24a - 24d) in der Nutbodenwand (22) sich jeweils längs eines Bogens erstrecken, der den Führungsabschnitt (15) umgibt und von den Seitenwänden (18, 20) beabstandet ist, und daß die Nutseitenwand (20) gegenüber dem Führungsabschnitt (15) eine Mehrzahl von im allgemeinen gleichbeabstandeten radialen Nuten (30a - 30d) im allgemeinen gegenüber den teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) umfaßt.

5. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsabschnitt (15) kreisförmig ist und die Nutbodenwand (22) kreisförmig ist, und die Mehrzahl von beabstandeten Vorsprüngen (24a - 24d) sich längs eines Mittenabschnitts der Nutbodenwand (22) erstreckt, beabstandet von beiden Seitenwänden (28), und daß die gegenüberliegenden Nutseitenwände (18, 20) eine innere Seitenwand (18) benachbart dem Führungsabschnitt (15) und eine gegenüberliegende äußere Seitenwand (20) umfassen, wobei die äußere Seitenwand (20) der Nut (16) gegenüber dem Führungsabschnitt in Richtung der gegenüberliegenden inneren Seitenwand (18) geneigt ist und die äußere Seitenwand (20) eine Mehrzahl von radialen Nuten (30a - 30d) gegenüber dem Führungsabschnitt (15) umfaßt, und wobei die radialen Nuten vorzugsweise jeweils eine Außenwand gegenüber der Führung aufweisen, die sich im allgemeinen senkrecht zur Nutbodenwand (22) erstreckt.

6. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Seitenwände (18, 20) beide nach innen relativ zur Bodenwand (22) geneigt sind und konvergieren, um eine beschränkte Nutöffnung benachbart der Flanschendseite (29) zu definieren, wobeb eine (20) der Seitenwände (18, 20) eine Mehrzahl von beabstandeten radialen Nuten (30a - 30d) gegenüber dem Führungsabschnitt (15) umfaßt.

7. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Führungsabschnitt (15) ein vorstehender zentraler Führungsabschnitt mit einer Endseite ist, daß eine zentrale Bohrung (12) sich durch die Führung im allgemeinen senkrecht zur Endseite des Führungsabschnitts erstreckt, und daß die im allgemeinen flache, ringförmige, sich an der Tafel abstützende Endseite des den Führungsabschnitt umgebenden Flanschabschnitts von der Ebene der Endseite des Führungsabschnitts beabstandet ist, wobei die Endseite des Führungsabschnitts eine ringförmige, die Tafel lochende Kante (14) benachbart der Nut (16) aufweist.

8. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein selbstlochendes und selbstbefestigendes Mutterfügeelement ist.

9. Ein selbstbefestigendes Mutterfügeelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Nuten (30a - 30d) sich im allgemeinen senkrecht zur Bodenwand (22) erstrecken.

10. Eine Mutter- und Tafel-Anordnung mit einer plastisch verformbaren Metalltafel und einem selbstbefestigenden Mutterfügeelement, wobei das Fügeelement einen zentralen Führungsabschnitt (15), einen Flanschabschnitt (29), der den Führungsabschnitt umgibt und eine im allgemeinen flache, ringförmige, sich an der Tafel abstützende Endseite besitzt, und eine ringförmige Nut (16) aufweist, die in der den Führungsabschnitt (15) umgebenden Flanschendseite definiert ist, die Nut (16) gegenüberliegende Seitenwände (18, 20) und eine Bodenwand (22) aufweist, wenigstens eine (20) der Nutseitenwände (18, 20) in Richtung der gegenüberliegenden Seitenwand (18) geneigt ist und eine beschränkte Öffnung zur Nut (16) benachbart der Flanschendseite definiert, und die Nutbodenwand (22) einen ringförmigen Vorsprung (24) oder eine Mehrzahl von teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) mit Räumen (26a - 26d) dazwischen aufweist, die sich wenigstens teilweise um den Führungsabschnitt (15) herum erstreckt oder erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Vorsprung oder die Mehrzahl von teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) von der geneigten Nutseitenwand (20) beabstandet ist oder sind, wobei der Vorsprung oder die Vorsprünge, während die Tafel (50) in der ringförmigen Nut verformt wird, Tafelmetall unter der geneigten Nutseitenwand (20) gegen die Bodenwand lenkt oder lenken, und daß die Tafel (50) einen ringförmigen Abschnitt aufweist, der in der Nut gegen die Nutbodenwandvorsprünge (24a - 24d) und radial gegen die Nutseitenwände (18, 20) verformt ist, wodurch eine sichere mechanische Verzahnung zwischen der Tafel (50) und dem Mutterfügeelement (10) gebildet ist, und wobei die Bodenwand (22) zwischen den Vorsprüngen vorzugsweise im allgemeinen flach ist und die Tafel (50) vorzugsweise gegen die Bodenwand (22) und die beabstandeten gekrümmten Vorsprünge (24a - 24d) verformt ist.

11. Eine Mutter- und Tafel-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Nutseitenwand (20) sich zur Nutbodenwand (22) erstreckt.

12. Eine Mutter- und Tafel-Anordnung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tafel eine die Führung aufnehmende Öffnung aufweist, wobei ein erster ringförmiger Tafelabschnitt auf der Endseite des Flanschabschnitts abgestützt ist und ein zweiter ringförmiger Tafelabschnitt benachbart der Tafelöffnung den in der Nut verformten ringförmigen Abschnitt bildet.

13. Die Mutter- und Tafel-Anordnung, die in Anspruch 12 definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschbodenwand (22) zwischen den gekrümmten Vorsprüngen (24a - 24d) im allgemeinen flach ist, wobei der zweite ringförmige Abschnitt gegen die Bodenwand und die Vorsprünge verformt ist, und/oder daß die äußere Nutseitenwand (20) eine Mehrzahl von beabstandeten radialen Nuten (30a - 30d) umfaßt, die radialen Nuten (30a - 30d) im allgemeinen gegenüber einem Mittenabschnitt von jedem der Vorsprünge (24a - 24d) angeordnet sind, und die Tafel (50) radial in die radialen Wandnuten (30a - 30d) der äußeren Nutseitenwand verformt ist.

14. Ein Matrizenelement (52, 90) zum Anbringen einer selbstbefestigenden Mutter (10) an einer plastisch verformbaren Metalltafel (50), wobei die Mutter einen zentralen vorstehenden Führungsabschnitt (15), einen Flanschabschnitt (29), der den Führungsabschnitt (15) umgibt und eine Endseite besitzt, und eine Nut (16) aufweist, die in der zum Führungsabschnitt (15) benachbarten und den Führungsabschnitt (15) umgebenden Endseite des Flanschabschnitts definiert ist, und wobei das Matrizenelement (52, 90) eine ringförmige vorstehende Lippe (53, 94) umfaßt, die eine ringförmige Endseite (60, 98), eine im allgemeinen zylindrische äußere Fläche (54), die sich im allgemeinen senkrecht von der Endseite (60, 98) aus erstreckt, und eine ringförmige, im allgemeinen flache Rückseite (61) aufweist, die die zylindrische äußere Fläche (54) umgibt und sich im allgemeinen parallel zur ringförmigen Lippenendseite (60, 98) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß eine gestufte konvexe gekrümmte Kehle (61, 92) an der Verbindung der im allgemeinen zylindrischen äußeren Fläche und der ringförmigen Rückseite vorgesehen ist, wobei die im allgemeinen zylindrische Fläche einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als ein Innendurchmesser der äußeren Seitenwand (20) der Mutternut (16) ist, und die gestufte Kehle (61, 92) einen Außendurchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser der äußeren Seitenwand (20) der Mutternut (16) ist, so daß die zylindrische Fläche (54) in der Mutternut während der Installation der Mutter an einer Tafel aufgenommen ist und die gestufte konvexe Kehle (61, 92) Tafelmetall in die Nut verformt, und daß die konvexe gekrümmte Kehle (92) vorzugsweise eine Mehrzahl von beabstandeten kreisförmigen konvexen gekrümmten Kehlen mit dazwischen angeordneten radialen Nuten (96) umfaßt.

15. Ein Matrizenelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizenelement (52) eine zentrale Bohrung (59) durch die zentrale Endseite mit einer im allgemeinen kreisförmigen Scherkante (58) umfaßt, die mit einer äußeren Kante des Führungsabschnitts (15) der Mutter zusammenwirkt, um einen Butzen aus der Tafel zu lochen.

16. Ein Matrizenelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherkante (58) unterhalb der Ebene der Lippenendseite beabstandet ist, so daß die Lippenendseite (60, 98) Metall in die Mutternut treibt, bevor die Scherkante mit der Tafel (50) in Kontakt gelangt, wobei das Matrizenelement (52) vorzugsweise eine nach außen abgewinkelte Abschrägung (55) in der Bohrung (59) benachbart der Scherkante (58) umfaßt.

17. Ein Matrizenelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizenelement (92) eine abgeschrägte Fläche (55) an einer Öffnung zur axialen Bohrung (59) an der Endseite (60, 98) und eine ringförmige lochende Kante (58) an einem inneren Ende der abgeschrägten Fläche (55) aufweist, die von der Ebene der Endseite (60, 98) beabstandet ist, wobei die lochende Kante konfiguriert ist, um den zentralen vorstehenden Führungsabschnitt (15) der Mutter eng aufzunehmen und somit einen Butzen aus der Tafel (50) zu lochen, wobei die ringförmige lochende Kante (58) vorzugsweise eine ringförmige Fläche ist, die sich im allgemeinen parallel zur Endseite (60, 98) des Matrizenelements erstreckt.

18. Ein Matrizenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die im allgemeinen zylindrische äußere Fläche (54) des Matrizenelementes eine konkave gekrümmte ringförmige Fläche umfaßt, die sanft in die gestufte konvexe gekrümmte ringförmige Kehle (57) übergeht.

19. Ein Verfahren zum Anbringen eines selbstbefestigenden Mutterfügeelements (10) an einer plastisch verformbaren Metalltafel (50), wobei das Mutterfügeelement (10) einen zentralen Führungsabschnitt (15), einen Flanschabschnitt (29), der den Führungsabschnitt umgibt und eine im allgemeinen flache, ringförmige, sich an der Tafel abstützende Endseite besitzt, und eine ringförmige Nut (16) aufweist, die in der den Führungsabschnitt (15) umgebenden Flanschendseite definiert ist, die Nut (16) gegenüberliegenden Seitenwände (18, 20) und eine Bodenwand (22) aufweist, wenigstens eine (20) der Nutseitenwände (18, 20) in Richtung der gegenüberliegenden Seitenwand (18) geneigt ist und eine beschränkte Öffnung zur Nut (16) benachbart der Flanschendseite definiert, und die Nutbodenwand (22) einen ringförmigen Vorsprung (24) oder eine Mehrzahl von teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) mit Räumen (26a - 26d) dazwischen aufweist, die sich wenigstens teilweise um den Führungsabschnitt (15) herum erstreckt oder erstrecken, und wobei das Mutterfügeelement dadurch gekennzeichnet ist, daß der ringförmige Vorsprung (24) oder die Mehrzahl von teilringförmigen Vorsprüngen (24a - 24d) von der geneigten Nutseitenwand (20) beabstandet ist oder sind, der Vorsprung oder die Vorsprünge, während die Tafel (50) in der Nut verformt wird, Tafelmetall unter der geneigten Nutseitenwand (20) gegen die Bodenwand lenkt oder lenken, während das Mutterfügeelement an der Tafel angebracht wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) daß die Tafel (50) an einem Matrizenelement (52, 90) abgestützt wird, welches einen vorstehenden ringförmigen männlichen Matrizenlippenabschnitt (53) umfaßt, der eine ringförmige zentrale Endseite (60, 98) umfaßt, die von einer im allgemeinen zylindrischen äußeren Fläche (54) umgeben ist, wobei die Matrizenelementlippe (53) eine konvexe gekrümmte ringförmige Kehle (57) umfaßt, die einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser der äußeren Seitenwand (20) der Mutternut (16) ist, die im allgemeinen zylindrische äußere Fläche der Matrizenelementlippe (53) konfiguriert ist, um innerhalb der ringförmigen Mutternut (16) aufgenommen zu werden, und wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, daß das Mutterfügeelement (10) gegenüber dem Matrizenelement (52, 90) ausgerichtet wird, wobei die Nut koaxial mit der Matrizenelementmatrizenlippe (53) ausgerichtet ist,

b) daß der männliche Matrizenlippenabschnitt (53) des Matrizenelements gegen die Tafel getrieben wird, um dadurch einen ringförmigen Abschnitt der Tafel in die ringförmige Nut (16) des Fügelements und gegen den Vorsprung oder die Vorsprünge (24a - 24d) der Nutbodenwand zu verformen, und

c) daß damit fortgefahren wird, die Matrizenelementlippe (53) gegen den Tafelabschnitt (50) und den ringförmigen Tafelabschnitt gegen den ringförmigen Vorsprung oder die ringförmigen Vorsprünge (24a - 24d) zu treiben, wobei der Vorsprung oder die Vorsprünge den Tafelabschnitt radial nach innen und nach außen gegen die gegenüberliegenden Nutseitenwände (18, 20) verformt oder verformen, wobei damit fortgefahren wird, die konvexe gekrümmte ringformige Kehle (57) der Matrizenelementlippe (53) in den Tafelabschnitt (50) zu treiben; wodurch zusätzliches Tafelmetall in die Mutternut (16) verformt und eine sichere mechanische Verzahnung zwischen dem Mutterfügeelement (10) und der Tafel (50) gebildet wird.

20. Das Verfahren zum Anbringen eines selbstbefestigenden Mutterfügeelements an einer plastisch verformbaren Metalltafel wie in Anspruch 19 definiert,

worin die äußere Seitenwand eine Mehrzahl von beabstandeten radialen Nuten (30a - 30d) und das Verfahren den Schritt umfaßt, daß der Tafelabschnitt (50) in die radialen Nuten (30a - 30d) verformt wird.

21. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 19 und 20 zum Anbringen einer selbstlochenden und selbstbefestigenden Mutter (10) an einer Tafel (50), wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfaßt,

(d) daß eine äußere Fläche des Führungsabschnitts (15) der Mutter und eine innere Fläche (58) einer Matrizenelementbohrung (59) veranlaßt werden, einen Butzen aus der Tafel (50) zu lochen, um eine Öffnung darin zu bilden und somit die vorstehende Endseite des Führungsabschnitts durch die gelochte Tafelöffnung aufzunehmen.







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